CNC4030 15 （チューブ式ポンプの製作 4）

電気ドリルを動力源にして動かしてみた。

トルクが強すぎるのか回転数が速すぎるのか、チューブ自体も回転方向に引っ張られて少しづつ移動してしまう。電気ドリルの銘板によれば回転数は2400[rpm]のようだ。

この回転数でこの水勢なら、回転数を下げても十分使えそうだ。ギア付きDCモーターが使えるかな？　ローラーモジュールの周速とチューブ内径から輸液速度は計算はできるんだが、それが実際どの程度なのか、肌間隔というか実感がわかなかった。チューブの固定方法には工夫が要りそうだが、一応ポンプとして機能することは確認できたので良かった。　わーい ＼（^_^）／

CNC4030 14 （チューブ式ポンプの製作 3）

ポンプとして機能するか見てみら、旨くいかなかった。
ローラーの幅がチューブを圧縮した場合の幅よりも細いために、押さえられていない左右に隙間が出来てしまうようだ。

チューブを手で強く引っ張ってローラーに押し付けるようにすると、輸液されるのだが。。。
ローラーの幅は8mmにしたのだが、これに対して圧縮した場合にチューブの幅は約12mmとなる。

ということで、ローラーの幅を12mmにして作りなおすことにした。

近所のホームセンターに行ったら、なんちゃらローズ（名前を思い出せない）とか言う木片が売られているのを見つけた。多分、本来はこれで表札とかを作るんじゃないかと思う。売られていた木片の大きさもちょうど表札程度の大きさだった。一見してMDFよりも密度が高く硬そうだったので今回はこれでローラーを作ることにした。実際CNCで切削するときの音がMDFとは違って、カッカッカッカッカっていう、あー固いんだなぁ−と思わせる音だった。


新ローラーモジュール




前回作った物と比べて、どことなく高級感が漂っているような・・・
やっぱ、アルミはピッカピカじゃなきゃねー

さぁーて、今度こそポンプとして機能するかな？

CNC4030 13 （チューブ式ポンプの製作 2）

部品が出来た。


上板


下板


ローラーモジュール ... 美しくないなぁー

仮組みして干渉を見てみた。

壁のガイド部が厚すぎた（というかマージンなさすぎた）ので壁を作りなおした。

で、こんな感じになった。



軽く、回転具合を見てみた。

そこそこ滑らか〜に回っている。何かを摺るような異音は聞こえない。

CNCのスピンドルモータ−のチャックに嵌めて高速に回してみた。停止状態から回転数を徐々に上げていった。６０００[rpm]付近に共振点があるようで、回転数がその辺りに達すると凄い音がするがそこを過ぎると若干静かになった。１万8000[rpm]位まで上げていったが、怖くなったのでそこで止めた。
まぁ〜、実運用では何千[rpm]では回さないと思うが。。。あまりに速く回すとチューブが保たない気がするし。


6000[rpm]近辺で異音がするそもそもの原因はローラーモジュールが軸に対して水平になっていないことにあると思われる。若干ゆがんでいる。　これがイマイチ気に入らない。
やり直そうか、それとも、一応ポンプとしての機能確認まではこのままで行くべきか。。。。。

CNC4030 12 （チューブ式ポンプの製作）

スピンドルモータ−の冷却水循環用ポンプの音が非常にうるさい。
ずっと動かしておくと、固定してある台や家屋と共振する場合があるようで低周波ノイズまで発生することがある。これのために深夜の作業が出来ない。

代わりに静音タイプのポンプを買いたいと思ってアマゾン等の通販サイトで静音タイプのポンプを検索すると、安価で「静音」を謳う色々なタイプの商品が表示されるのだがどの程度静かなのかがさっぱり判らない。試しに買ってみる訳にもいかず非常にもどかしい。

そこで、静音ポンプを自作してみることにした。失敗したら購入を考える。
作るのはチューブ式ポンプだ。FreeCADで設計している。

チューブ式ポンプはチューブをローラーでシゴイて輸液する方式で、水密性のあるポンプ室を作る必要がないので製作が容易だろうと考えた。しかし、ローラーモジュールを非常に高速に回転させないと輸液量が大きくならない可能性があるが、今回の用途では冷却液を循環させるだけなので何とかならないかなぁー、、、などと思っている。
使用する材料は主にMDFとアルミ、真鍮パイプで、軸と軸受けはジャンク箱にあるウン十年前のステッピングモータを分解して部品取りしたやつを使う。


一番下のベース板
中央部の丸くくぼんでいる部分には5mmシャフト用の軸受けを嵌める。その外側の丸い溝はローラーモジュールのネジを逃げるための溝である。設計上は干渉しない筈だが念の為に設けている。


ローラーモジュール
上下の円板は1mm厚のアルミで作る。中央部のコアはMDFで作る。


ローラー
ローラー本体はMDFで作るが、中に真鍮製のパイプを入れて滑りをよくするつもりだ。また上下にワッシャを１枚噛ませて上下パネルとの接触を避ける。


壁
チューブをローラに押さえつける壁の部分でこれを2枚貼りあわせる。
チューブ位置をローラーの中央部にするために外側にガイドを設けている。


この壁は取り付け位置をキチキチに固定してしまうと、最初にチューブを這わすのが難しくなるので取り付け穴を長穴として前後にスライド出来るようにしている。

押さえ板
これはひっくり返して見ている状態。ちょっとカッコつけてX形状にしてみた。
中央部の丸い窪みは底板同様軸受けのベアリングを嵌めるための穴で、外側の溝はローラーモジュールのネジとの干渉を避けるための溝だ。



モーターはDCモーターを使う予定でいるが、何を使うかということとどうやって連結するかをまだ詰めていない。カプラでシャフトと同軸に配置するか、プーリーでずらす、あるいは反転するか、あるいは歯車で直交配置するか・・・

設置するスペースが狭いので、そこに設置できる方式にしなければならない。

CNC4030 11 （軸移動速度の検証 2）

0.135mmのズレについて、別の方法で確認してみることにした。

木材にΦ0.4のドリルで穴を空けそこを座標原点とする。
次に、ドリルの刃を上空に上げてからスピンドルを前後20mmの往復動作を10回行う。
その後ドリルの刃を下げて再度穴空けをする。移動はこれまで同様、g01 x0 y20 f1000 ➔ g01 x0 y0 f1000 のGコードを繰り返し実行させて行った。 ※ f1000が移動速度で1000mm/minを表している。


0.135mmの差は前後往復動作での１回当たりの差であり、これは３歩進んで２歩下がるようなことなので等距離の往復動作を繰り返せばその分原点に対してのズレは大きくなる筈だ。

１０回の往復動作が終わって再度穴空けするところ、見た目では位置ズレしているようには見えない。

再穴あけ後、比較のために左右にも穴を空けた。

実体顕微鏡で見てみた。上が比較用に空けた穴で下が10往復して再度穴けした穴。
穴の形が歪になったり広がったりしているようには見えない。

もう一つの比較用穴との比較　下が比較用に空けた穴。
こちらと見比べても差は無い。

ノギスの爪の間隔を0.4mmにして穴と比べてみた。

Φ0.4ピッタリ！

この結果から、20mm程度の往復動作によるズレは発生していないと言えると思う。
したがって、0.13mmのズレは測定系の問題だろう。

今回、スピンドルモータに装着してゴムを前後に引く軸は爪楊枝を使ったが、装置を取り外してみたところちょっと折れ曲がっていた。


こういう本来は硬くなければならない部分のたわみ等が誤差の要因となっていたのかも知れない。
今度からは金属にしようっと。

CNC4030 10 （軸移動速度の検証）

軸の移動速度

プーリー間のベルトは輪ゴムを使おうかと思っていたが、思い直して100円ショップで売っている棒ゴムという奴を使うことにした。

ロジアナとの接続

装置の関係で移方向はY軸方向のみとし、軸の移動はMach3のMDI Alt2画面からGコードを入力して行った。

正逆方向に20mmの移動を2回実施した場合
g01 x0 y20 f1000（正方向） ➔ g01 x0 y0 f1000（逆方向） ➔ g0 x0 y20 f1000 ➔ g0 x0 y0 f1000 の順に実行

正方向

GtkWaveのMark機能を利用してエッジの数を数えたところ1回目と2回目で同じ値(297)となった。


逆方向


この場合もエッジの数は同じ値(295)となった。が、正方向の場合とは異なる値だった。

正方向と逆方向でパルス数が違うのでその平均値を20mm移動に対するパルス数として１パルス当たりの移動距離を計算すると、20mm÷296≒67.57umとなる。使用しているロータリーエンコーダは1回転で2000個のパルスを出力するので、67.57×2000≒135mm。　プーリーの円周は126mmになるように直径を決めたが、この値に対して9mmも長い。  円周を135mmとして直径を求めると135mm÷π≒42.97mm。　設計値は40.1mmだったので、差は約2.87mm。この差は何から来ている？？？　ここで、ベルトを輪ゴムから棒ゴムに変えたことを思い出した。ノギスでゴムの直径を測ると約1.2mmだった。これにより見かけ上の直径が大きくなるとすると40.1mm+2×1.2mm=42.5mmとなり、42.97mmとほぼ近い値にはなる。

ということで、１パルス当たり67.57umの分解能で測定できていると考えることにする。
すると正方向と逆方向のパルスの差分2パルスは約0.135mmとなる。  バックラッシュなのかな？
とすると、ちょっと大きい気がするが。。。

制御側、即ちPC➔CNC4030のステッピングモータドライバのパラメータは640パルス／１回転となっており、また、軸のボールねじのリードは5mmなので1パルスで7.8125umの移動距離となる。
0.135mm ÷ 7.8125um ≒ 17 なので、17パルス分の差である。 CNC4030を制御しているソフトウェアのMach3からの出力パルスが正逆方向で17パルスも違っているとは考えにくいので、測定系の問題かメカ系の要因ではないかという気がする。 少なくとも測定系は別の方法を考えたほうが良さそうだ。