カテゴリー: DIY

この夏、卓上フライス盤を手に入れました。いわゆる一番小さい中華のX-1系のフライス盤で、旋盤市場　というところで取り扱っているものを購入してみました。

普段CNCのルーターを使っていると、やっぱり、手動でフライス、ちまちま削るのはめんどくさい感じで、購入して一度も切削しないうちにCNC化をしたくなりました。

旋盤市場では、CNC化したものも扱っていて 最初からこちらを買えばよかったような気がしますが、CNC版は結構高価なのと、中華なCNCルーターを使っているので、コントローラーやら、いろいろと共有部品も持っているし、まあ、いろいろ余計なことで悩んで遊んでみたかったので、素のフライス盤を導入して、CNC化することにしました。

WebでみなさんどのようにCNC化をされているかリサーチしたのですが、決定版がそのままWebで情報公開されているわけではないようなので、みなさんそれぞれ苦労して作られているようですね。

CNCコンバージョンキットもいろいろなところから出ていますが、どうも構造的なところなど、ピンと来ないものが多いので、自分で設計してみることにしました。

その途中経過。

今のところ、フライス盤についてきたものはテーブル、台形ネジの送り機構などできるだけそのまま活かすことにしたいと思っており、下記のような方針で考えています。

・元からついてきた台形ネジのナット、シャフトなどそのまま使い、軸受はアルミで作り、スラストベアリングで挟んでスムーズにネジを回せるようにする。

・テーブル駆動モーターはステッピングモーターを使い、ネジには、タイミングベルト・プーリーで力を伝達する。

・ステッピングモーターは手動で一応動かせるように、両側シャフトのものを調達して、ハンドルを作ってつける（かも）。

DROもついていないので、手パルスが使えればハンドルついていなくてもそれでいい感じもします）。

・Z軸のバランスを取る工夫が必要そう（ガススプリングを使う例多し）だが、とりあえずはカウンターウェイトで安価に何とかできないかなと思っているところ。

・一通りXYZ軸をCNC化したら、スピンドルを200W程度のACサーボモーターで駆動するように変更したい。ギア割れのトラブルなど相当報告されているので、これは最終的には替えないとだめかな？

まあ、作っていくなかで、「こりゃだめだ」となってかなり変更する可能性がありますが、とりあえず当初方針ということで。

シャフトを受ける軸受とモーターをマウントする台座を10mm 厚と5mm厚のアルミ板で製作することにします。

アルミ板は、これまで金ノコでヒーこら切断していましたが、とても10mm厚のものを切断できる気がしませんでしたので、今回ジグソーにアルミ用ブレードをつけて切断してみましたら、結構簡単にきれいに切断できました。ブレードには少しミシン油を塗ったらかなりスムーズにできました。

軸受の穴あけはシャフトが8mm 径なので、この径＋α程度にきれいに開けたいのと、スラストベアリングの受けのポケット加工がしたかったので、ここは、CNCルーターでやってみました。

今、CNCルーターは、linuxcnc をコントローラーにして使っていますので、linuxcncのページで紹介されている、ポケット加工を行うためのpythonスクリプトを使って、ポケット加工のためのGコードを生成させました。

 

ワークの位置合わせは、中華の安物手パルスジェネレーターを買ってlinuxcncに接続しましたので、(参考) これを使って動かしていますが、超楽ちんです。もうこれなしには戻れません！

ポケット加工の他の穴あけは、これから改造される卓上フライス盤を使って行いました。

調達したモーター（Aliexpressで中華ステッピングモーターの安いのを購入）とアルミプレート。それから、モーターの台座は、CNCルーターの台座が樹脂でできているため、樹脂でいいんじゃないかなと思い、せっかく３Dプリンターがあるので、３Dプリンターで出力したもので使い物になるか試してみようと思っています。

白いのがPLAで出力したもの、青いのがABS樹脂ですが、ABS樹脂のは、プリント中に反りがでてNGでしたが、もったいないので、反ったところをフライスして薄くしてみたところ何とか使えそうな感じにはなりました。

どちらも100% fill で造形したこともあり、かなり丈夫な感じにはできていますが、どうでしょうか？

試しに仮組したところの写真を２枚張っておきます。

スラストベアリングで挟み込んだ軸受はパッと見良好で、これまでよりずいぶん軽やかに回せるようになりましたのでOKそうですが、３Dプリントした部品のほうは、組み付けの方法などを十分考察しきらずに、データを作ってプリントしてしまったので、いろいろと難があり、このままではダメな感じです。見直しが相当に必要で、とりあえずアルミのプレートはそのまま使いたいところですが、プリント部品はプリントし直しになりそう。まあ、プリント部品の造形精度や強度の確認はできましたので、無駄にはならないとは思います。

続く

年末DIYは、台所のカウンターテーブルの上にコンセントを追加することでした。
一応カウンターテーブル横にコンセントは家を建てた時に用意していたのですが、電子レンジの横にオーブントースターを置いたら、トースターの電源コードが短いため、きれいに配線できなかったのです。
また、ケーキを作るときに使うハンドミキサーなど、キッチンで使う電気用品ってなかなかコードが短いのが多くて、やはりもう少し最適な位置にコンセントがほしいなというリクエストをもらっていました。

というわけで年末にコンセント増設したのがこれ。

私は、コンセントのデザインとか特に気にしない人間なので、安いのをつけました。
カッコ悪いですが、使えればそれでいいんです。

石膏ボードにドリルと細鋸でパネル用ボックスの大きさに穴あけをしてつけたのですが、ボードの裏にどのように電気配線が走っているか完全に自信はないので、おっかなびっくり作業をしました。

建築時に写真を撮ってはいたけれど、柱の陰の配線が写っていなかったりと、後から参考にするには微妙な写真ばかりで、もし建築中の写真が撮れるなら、なるべく配線やら下地やら、間柱の様子やら、細かいところに気を付けて写真を撮っておくべきです！とこれから建てる方にはアドバイスしたいところです。

そういうわけで、分電盤まで隠ぺい配線で配線をしたいところなのですが、配線が走りまくっている間柱に事故らずに孔をあける自信がありませんでしたので、一度裏側の階段下収納の壁のおもての方にVVFケーブルの配線を出して、そこから同じく階段下収納に設置されている分電盤の方に配線を引き回しました。ちょっとカッコ悪いけど、壁内の配線に穴あけしてしまうとアウトというか火事？なので、安全サイドで。

第二種電気工事士の資格を取って以来、倉庫の方はいろいろと配線を増やしたりしていましたが、母屋の方は初めてでした。いやー、生活の場の家の改造は緊張しますね・・・

さて、コンセント増設で妻に喜んでもらったところで、さらなるオーダーをもらいました。

「お盆たて、がないから作ってよ。」

丸いお盆は、転がってしまうから整理の場所が必要で大変ですが、立てて整理すればいいんでない？ってことです。

というわけで、ちょっと考えて、手持ちの端材で作ってみました。

材料は、端切れの1×4材長さ250mm*3枚分（手持ちでタダですが、買っても１００円ぐらい？）と、ダイソーで売っている30mmφ、長さ90mmの丸棒２個（４個で１００円）です。

横から見たところ。

２枚のお盆が立てて整理できます。２枚用にしたのは、ダイソーで売っている丸棒の長さの都合があるのと、それ以上の枚数を整理するのであれば、別々に２個用意した方がアレンジができて便利かなと思います。

上から見たところ。
２本の丸棒でお盆を支えますので、お盆の大きさが変わっても安定に支えられますし、もちろん四角いお盆でもOK.

丸棒が通る丸穴や、非貫通の孔は、CNCルーターであけました。

こちらの写真は、ルーターで1×4の板の表面にカンナ掛けをしているところです。
なんせ端材なもので、材料が結構荒れていますので、材料費はかかっていませんが手間が結構かかった。

丸穴のサイズをかなり丸棒のサイズに近い値にしたので、はめ合わせがきつきつで、特に接着剤とか使わなくても固定できてしまうぐらいの感じで、もちろん後でウレタンニスを塗って、木工用ボンドで接着固定しようと思っていますが、まあ、やんなくてもいいか、ってなぐらいしっくり収まっています。

(1/5) 今回、塗装は、ふと手持ちの塗料棚を見ると、IKEAのキッチン天板のお手入れ用のオイルが余っていましたので、オイルフィニッシュにしてみました。これでより手作り道具っぽさアップです。

作った後にWeb検索してみましたが、似たようなコンセプトのものがあまり見つからないので、それなりにオリジナリティがあるのかなと思っております。うーん、柳宗理が私に憑いたかな（めっちゃ大げさ）！

キッチンの作業机に置いて使うもよし、壁に留めつけてもよいし、磁石で冷蔵庫の側面やらキッチンの抽斗に張り付けても便利かも。

実体顕微鏡ご存知ですか？

CNCでプリント基板を作ったりしているのですが、プリント基板に表面実装の部品を実装するのは、ある意味楽なのですが、部品が小さいのでちょっと苦労します。これまでは、裸眼で目視して、ピンセットで部品を押さえて半田づけ、念のためルーペでチェック。というような形で作業をしていたのですが、最近目の老化が始まったのか見るのがちょっと辛いです。

ということで、顕微鏡で基板を見ながら作業をすればいいんではないかということで、実体顕微鏡を導入してみました。とはいっても、あまり高価なものは買えませんので、ネットを調べてモノタロウのこちらを購入してみました。

値段の割に評判が良いですが、私も同様に思います。なんか、今までなんで買わなかったのかな！なんて思うほどいいです。両目で拡大立体視できるのがこれほど楽しいこととは・・・という感じ。

さて、いろいろな方がコメントされていますが、顕微鏡でちゃんと見るためにはやはり光源が必要。LEDライトを取り付けるだけでもいいと思うのですが、何となく凝ってみたい気がして、オリジナルのLEDリングライトを作ってみることにしました。

イメージとしては、お医者さんが手術室で使うライトみたいな感じで、対物レンズの回りから複数のLEDで対象物を照らしてやります。

基板は当然ですが、CNCで切削して作ります。手っ取り早く作るのであれば、IC基板などに実装するのが良いと思いますが、今回リングライトなので、CADで基板など切削ができるメリットがありました。

回路をEagle で設計。超いい加減な回路なので恥ずかしいですが、回路図は下の通り。

電源は12VのACアダプターからとりますが、白色LED６灯を3灯ずつ30mAの定電流ダイオードで点灯させます。
それだけで十分な気がしたのですが、せっかくなので、明かりのON/OFF制御とDimmer制御ができるように、トランジスタをAVRマイコンでドライブさせるようにしました。スイッチは、タクトスイッチを使います。
今回ACアダプターを使っているので、消費電力の低減は特に気を使っておらず、マイコンの電源を78L05で作るという無神経なことをしています。

Eagleで基板を設計して、PCB G-code で切削用のGコードを生成、基板切削をします。
切削中の様子は、こちら

切削が終わった基板。

リングライトなので、輪っかに切り出します。輪っかの内径は、51mm程度にしました。

こちらも、Eagle でmilling レイヤーに輪郭を描いてPCB G-codeで切削パスデータを作りましたが、どうもうまく表現できない部分（真ん中の円）があったので、自分でG-codeを編集しました。

基板むき出しだとあれなので、3mm厚のアクリル板をかぶせることにして、同様に輪っかを切り出します。

アクリルの切削を手抜きで0.8mmのエンドミルでPCBの切り出しに使ったのと同じコードでやろうとしたら見事にエンドミルを折ってしまいましたので、一度Gコードをdxfに変換して、JW_CADに読み込み、1/8″のエンドミル用の切削パスを複線機能を使って作成し、NCVCでGコード化して切削しました。

切削にあたっては、アクリル板の固定を最初適当にやったら、切削時にアクリル板が動いてしまいめちゃめちゃになってしまったため、両面テープで固定する作戦に変更して成功しました。

アクリル板の切削パラメターは試行錯誤しましたが、ミルの回転数はそれなりにあげないと（～12000rpm程度？）NGでした。また、アクリル板が割れると悲しいのでフィードも200mm/min程度の比較的ゆっくりした設定でやってみました。というわけで、1mmずつ彫り込んで3mm厚のアクリル板を無事切削完了。

というわけで、基板に部品を実装して、アクリル板と組みつけたところ。

アクリル板とのスペースは3mmのナットでとっています。

上から見たところ。

実体顕微鏡への取り付けは、顕微鏡本体に16mm間隔で2.6mmねじ穴があったのでこちらに3mm厚のアルミLアングルを使って取り付けました。穴あけしくじったりしているので、小汚いですが、目をつぶりましょう。

取り付けた様子。

対物レンズとの関係はこんな感じで、よさそう！

点灯してみた感じはこんな感じで、私的にはイケてますが・・・

どうでしょう？

明るさは、全点灯で十分でした。減光できるようにAVRマイコンのプログラムを書きましたが、減光機能ははっきり言って必要なかった。それに、プログラムを変更できるようにIn circuit programming 用のコネクタをつけておいたのですが、これもはっきり言って必要なかった。まあ、マイコン遊びを兼ねているので良しとしましょう。

実体顕微鏡で、ICを見てみたところ。写真だとのっぺりしていますが、立体的に見えるので非常にいい感じです。実体顕微鏡、おすすめ！

先にArduinoボードをCNCで切削して作ってみましたが、そちらの方は、デザインができあいのものを単にCNCルーターに流しただけでした。

今度は、自分で基板のデザインをやってみました。

まず手始めに小規模なものを。しかし、表面実装の部品が載せられそうなそんな設計のボードを切削してみます。

CAD　Eagleを使ってデザインします。かなり部品ライブラリがいろいろなところに転がっているので、他のCADも試そうと思いましたがなかなかそうもいきません。このCAD、買うには高いと思いますが、100x80mmの基板であればフリーでできるので、重宝します。

デザインしたのは、LANモジュールとSDカードメモリーを切り替えて使うための基板です。

基板のデザインの基準は、viaの孔径を0.8mm、ラインの太さを0.4mmとしています。via といってもスルーホールを打つわけではなく、錫めっき線を通すだけの孔なので、手持ちのドリルの関係で0.8mm径としました。

基板設計後g-codeに変換をする必要がありますが、これにはpcb-gcodeというulpを使いました。

pcb-gcodeのインストレーションは、マニュアルを見ればいいとして、File -> run ulpとして、pcb-gcode-setup.ulpを起動、まず設定をします。

設定値は、今のところ下記のようにしています。

こちらがまず最初の設定。ツールの大きさを0.018mmとしていますが、手持ちのカッターは一番細かいのでも、0.23mmなので、小さすぎますが、この設定よりも大きなツール設定をすると、切削されないところが結構でたので、これにします。

次が、CNCマシンの設定で、基板の厚さや、掘り込みの深さを指定します。掘り込みは0.1mmとしています。

後はディフォルトのまんまだと思います。g-codeを作成したあとは、前にも書きましたが、Optiという最適化ソフトで出力のg-codeを最適化してそれを切削しました。

いつものように切削した結果がこれ。

切れている線はなかったですが、パターンが細め。ドリルの位置がずれているのは、大きな(1.2mm)の孔は手作業であけたため。

エッチングの切削はもう少しパラメーターをいじればよいと思いますが、ドリルの方は困ったことに、ツールチェンジするところで、私のツールはツールチェンジャのようなしゃれたものはないので、一時停止してほしいのですがしてくれません。ドリルの径は小さいものから実行するようになっているので、実施状態を見てpauseをかけるのでしょうか。一度ドリルで孔があいてしまうと、中心がわかりにくいので手作業でドリルするのが難しくなりますので何とかしたいところです。

もうちょっと調べればいいと思いますが、今日は眠いのでここまで。