なんとか家を建てる

ＣＮＣルーターで切削していると、切りくずがいっぱい出ます。

今は都度掃除機で吸っているのですが、一度飛び散ったものを掃除するのは大変ですので、集塵機（というか掃除機）をスピンドルの近くからホースでつなげられるようにしようと思います。

というわけで、スピンドルの近くにホース(monotaroで売っている、これ)をつけようということを考えています。

ホースには、1/2″のネジがついていますので、塩ビ管用のTS継手の呼び16mm（こんなの）が手持ちであったので、これを間に挟んで、洗濯機の排水ホースを経由して掃除機につなぐことにしました。

洗濯機の排水ホースですが、TS継ぎ手と微妙にサイズが合わない（継手の外径が大体29mmあったのに対し、排水ホースの内径が26.5mm程度）ので、CNCのＡ軸の三つ爪チャックにTS継手をくわえて、ＣＮＣルーターでＡ軸を回して継手の外径を削って合わせこみました。ジョグでＹ軸を0.4mmづつ送ってはＡ軸を１回転させるという所作を繰り返して削るので、結構面倒でしたが、問題なくできました。

次に、monotaroのホースをスピンドルにつけなければなりませんが、かなり複雑な形状のものなので、ホースの受けを作ってやらないとダメかなと考えました。

というわけで、ホースの受け台をＣＮＣルーターを使って木で切削して作ろうと思います。

1. まず、受け台の図面を作成

ノギスで適当にホースの形を計測して、今はtrimble から配布されているsketchup make というフリーの3D CADで作図しました。

作図は、まず、ノギスで計測した内容の輪郭を描き、それをsketch-up のfollow me 機能を使って、回転体に変形し、回転体のホースのsolid モデルを作成しました(選択して、コンポーネントの作成をすると、solid になります）。

そのあと、切削対象になる角材を四角を押し出して作図し、これもsolidにコンポーネントの作成によって変換しました。

それら２つのsolid コンポーネントを移動、重ね合わせ、solid ツールの減算によって、切削された角材を図面にしました。

sketch-up make は、アドインでSTL(三角ポリゴンによる３Ｄモデルファイル）をエクスポートできますので、これで、切削モデルのSTLファイルを作成しました。

2. 次に、3D CAMプログラムで切削プログラム(Gコード）を作成

3D CAMプログラムはさすがに、有償のプログラムばかりと思います。今回、Deskprotoの評価版を使って、STLファイルからGコードに変換してみました。他には、オリジナルマインドなどで紹介されているソフトもありますが、planet CNCのフォーラムで例があったので、これを選んでみました。

有償版もホビー用途であれば、159ユーロのライセンスもあるようなので、使い勝手が良ければ、これを買ってもいいかなと思いますがとりあえず、今回は無償でやり切りたいと思います。

 

 

使い方は、簡単でしたので、省略。切削パスが表示されていますので、見て確認しました。

設定で注意するのは、私が使っているルーターは、いきなり刃物全長を使った切削ができるようなものではないので、一定の厚みごとに分割して切削するように設定する必要があります。私の場合は、1.5mm厚ごとの切削するような設定をしました。

また、切削範囲はディフォルトでは図面に示されたところ全体ですが、これを限定するとか、切削の原点を角材の上面に設定するなどですが、これはいずれも切削条件の設定のところで、わかりやすく示されていたので、問題なく設定できると思います。

3. 切削

出力したNCファイル（Gコード）をplanet CNCに読み込ませて切削を実行しました。

 

切削中は、掃除機で削りかすを吸い取るぐらいしかやることがありません。

 

一度目の切削は切削の単位を0.6mm程度にしてみたら、結構粗っぽい削りになりました。ので、2.のDeskprotoの設定を0.2mm単位程度の切削、X, Y 両方向に切削するように設定して仕上げ切削をしました。

 

２回目の切削の結果は、とってもスムーズ。

 

monotaro ホースもまあまあよくフィットしてます。

ちょっとサイズが小さい気がしましたが、これは最初のノギスの計測がいい加減だったせい・・・・留めるのには問題ないからまあいいや。

 

 

 

 

小学校のおはなしぽけっとという絵本読み聞かせの関係で、リクエストを入れるポストを作っているんですが、今日はＣＮＣルーターでポストの表面に文字を掘ってみました。
ＣＮＣルーターのテーブル面が微妙にうねっている可能性もありますので、多少深めに1mm程度の深さ彫ってみました。彫刻は、中華なＣＮＣルーターに一緒に付いてきた、0.4mm幅程度のＶカッターを使って彫りました。
送りはF1000程度、カッターは12000rpm 程度で。
掘りくずが、掘ったところにはまったまんまになっているところなどあるので、見栄えがいまいちですが、こんな感じです。

掘り込みの深さは十分ですが、幅がちょっとだけ狭い感じなので、JW_CADの複線機能を使って、文字の内側にもうひとパス切削して、溝の中に色を注してみようかなと思っています。
今、色を何にするか悩んでいるところ。ポストなので、無難に紅色かな？文字と合わせてポストの屋根を同じ色に塗ろうかな・・・

あれこれとやるうちに、ＣＮＣルーターの位置決め精度が気になってきましたので、調べてみました。
Ｙ軸を往復50mm Gコードを書いていろいろな送り速度で移動させ、ダイアルゲージで戻ってきた位置を10回計測してみました。
その結果
F=800 (mm/min) 標準偏差 0.0096 mm
F=1500 0.0070 mm
F=2500 0.0132 mm
この測定ではダイアルゲージからスピンドルが離れているため、誤差の要因になっているかもしれませんので、ダイアルゲージの測定子から離れないように5mmの往復移動での測定もやってみました。
その結果
F=300 標準偏差 0.0024 mm
F=800 0.0004 mm
F=1500 0.0013 mm
F=2500 0.0011 mm
不思議なことに、フィードが遅いと、誤差が大きめに出る傾向があります。
テーブルの振動が増えるせいでしょうか。
ちなみに、ダイアルゲージは安物なので、精度は、全測定範囲で、±0.018 mm 戻り誤差（これが今回の測定に関係)で0.005mm です。
いずれにしても、移動の精度は、それなりに良いようで、脱調も起こしていませんので、高速(F=2500とか）で移動させるようにしようかと思っています。
次に、現在、木の切断をやっていますが、適切なフィードレートその他の条件について考えずにやっていました。今日、もう少し考えを深めようと、テストをやってみましたので、それについても書いてみます。
まず、ネットで切削条件についていろいろ調べてみました。
使用している3mm 超硬エンドミル(Monotaroで購入こちら)の切削条件は
炭素鋼 7600rpm F=90
アルミ合金 15400rpm F=440
真鍮 11000rpm F=345
とありますが、木材なんてかかれてないです。
こちらなどを見ると、木材はグラファイトと同様で、切削速度V=200m/min 程度がよいという結論になっています。
ここからすると、３ｍｍのエンドミルですと21000rpm 程度ということになりますので、このあたりで考えてみることにします。
それから、フィードレートについては、こちらの考え方からすると、
一刃あたり、0.1mm 程度の送りを目安にして、
F=S×fz×N
　
F:テーブル送り速度[mm/min] Feed
S: １分間当たりの回転数[r.p.m]　　Spindle Speed
fz:一刃送り[mm/tooth] Feed per tooth
N:刃数 Number of fluetes
から計算すると、20000rpmで刃物を回転させた場合、
F=20000*0.1*2=4000mm/min というとっても高速な送りでもＯＫということになります。
先ほどのエンドミルの説明のrpmとフィードレートからすると、
アルミの場合、fz=0.014mm
炭素鋼の場合、fz=0.006mm
真鍮の場合、fz=0.016mm
とありますので、上の見積のfz=0.1mm は木が柔らかいとしてもちょっと過大かな？
また、切り込み量については、0.5*D程度とありますので、1.5mm 程度を目安にすることになるでしょうか？
このあたりの考え方から、木のエンドミルを使った加工について、実験をしてみました。
1×4 木材の木目と直交した向きの切削を、スピンドル回転数20000rpm, 10000rpm F=1000, 2000 mm/minの条件で切り込んでみました。
切り込み量0,0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 mm の切削を行って、その際の音の様子や、出来栄えを見て、可否を判断しました。
その結果：

なんか、すべての条件で木の表面の角がバリバリで何か根本的なことを間違っている気もしますが（木の加工に金工用のエンドミルを使うことに問題がある？）、それ以外のポイントについて考えてみます。
まず切り込み量は、1.5mmまではよいけど、それ以上は、音が大きくなってきていたのでＮＧでしょう。
フィードはF=2000 でも1000でも顕著な違いはないように思えます。
次に、回転数は、10000rpmはちょっと遅いようです。10000rpmだと、むしれた感じになりやすい。
ということで、20000rpm, F=2000, 1.5mm切り込みでＯＫなのかなと思う次第です。
と、考えていたら、手持ちのBOSCHのパワートリマPMR500に付属していたビットでやってみたら違いが出るのかしらと思いました。PMR500の付属のビットは6mm径で、これは今使っているスピンドルについているコレット径と同じなので、何もしなくてもつけられます。今度試してみよっと。