2016年12月31日

今年最後の製作

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早いものです。もう今年も最終日になってしまいました。
11月からは、JT65の運用が中心になっていました。
当初は、それなりにコンディションも良かったのですが、このところDXだけでなく国内もあまり良くありません。
しかし、JT65のQRPで世界中とQSOできる魅力は素晴らしいと思います。
最近では人気のモードになったようで、OnAirする局が多くパイルアップがきつくてQRPだとなかなかとってくれないことが多くなっていますが。

さて、今年最後の製作物は電子機器ではなく機械加工品です。
もう何年も前から興味を持っていたCNCフライス盤ですが、11月に入ってマイコン関係だったかサイト検索している時に思いかけず見つけた、安価で、USB接続のCNCフライスの記事に当たってしまって、1週間ほど色々調べて、悩みましたが買ってしまいました。
本体だけでも良かったのですが、サイトの情報を参考に最近はやりのレーザー加工もできるようにと2500mWのレーザー付きのものにしました。

https://www.aliexpress.com/item/CNC-engraving-machine-diy-cnc-2535-aluminum-frame-aluminum-tops-new-ball-screw-spindle/32314177927.html?spm=2114.01010208.3.88.tDONMd&ws_ab_test=searchweb0_0,searchweb201602_1_116_10065_117_10068_114_115_113_10000009_10084_10083_10080_10082_10081_10060_10061_10062_10056_503_10055_10054_10059_10099_501_10078_10079_427_426_10103_10073_10102_10096_10052_10107_10050_10106_10051-10052_116_10102,searchweb201603_4,afswitch_5&btsid=44c95bb8-4c51-407c-8789-0d94c6eb76aa

どう見ても同じ物が色々なSHOPで取り扱っていますが、価格はまちまちです。その中でも価格の安い上記の店へ発注しました。
この店は、多くの品物を扱っており以前から時々覗いていたお店です。
だいぶ前に興味を持ったCNCは、下記のようなものです。

https://www.aliexpress.com/item/Cheap-Price-CNC-3020-Engraver-Machine-with-24000RPM-Mini-500W-Spindle-with-4th-Axies-CNC-Milling/32267175688.html?spm=2114.13010208.99999999.360.8fROxo

これは、30cm×20cmまでの加工ができるものですが、制御がパラレルで使えるPCを選びそうだとの情報と、大きいので置き場所の問題がありそうなのと、CADも使えず、価格も送料込みで10万円程度と勇気がいる投資で、安くならないかとずっと悩んでいました。

半ば諦めていたのですが、ふとした切っ掛けでUSB制御の安価なCNCを見つけてしまって勢いがつき購入してしまったのです。
このCNCの加工サイズは24cm×18cmと小さいのですが、よく考えると自分の製作物でこれより大きいのは殆どないことに気づき十分なサイズだと判断しました。もうひとサイズ小さいのもありましたが、とりあえずこのサイズと決めました。
レーザーが無いものだとさらに80$ほど安いのですが、後で買うと100$以上してそうなので付のものにしました。レーザーの出力は500mWが安いのですが、見つけたサイトの情報では2500mW程度はないと加工が制限されそうだったので2500mWのものにしました。
USB接続ができる理由は、制御ソフトがなんとArduinoのアプリケーションとして開発されていることです。
Arduinoは少しかじっていますので、親しみがあります。
Grbl Projectという形で開発が進められており、元はMIT?
使用するマイコンはATMELのATMEGA328です。
パラレル制御のソフトはPCが加工データであるGコードを翻訳してPCから直接CNCのモーターを制御しているのに対して、Grblは、PCはGコードをUSB(232C)経由で吐き出すだけで、CNC H/Wへの翻訳はATMEGA328がやってくれます。これによってPC側はクリチカルなタイミング制御が必要なくなるのでPCを選びません。
Grbl方式は、途中翻訳しているので高速処理はできないのでしょうが、当局のようにアマチュア的に使用する分には問題がないと思ってます。(まだ使いこなしているわけではないのでわかりませんが)
使用するArduinoはUNOが多いようで、CNCシールド(H/WとのI/F基板)も多く安く売られています。
当局も、買ったCNCに専用基板がついているのに、このArduino CNCシールドも買ってしまいました。
¥584しかしないからです。買った理由の一つにモータードライバ基板の予備的意味もありました。
加工失敗でモーターに負荷が掛かってドライバ基板が壊れたら動かなくなって困らないようにということです。

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今回購入したキット付属の専用基板(ATMEGA328とUSB I/Fが搭載されている)

ArduinoUNOは持っているので、CNCが到着する前にGrblプログラムを書き込んでソフトウェアの使い方をラフにトレーニングしておきました。

だいぶ前置きが長くなりましたが、注文してからもトラブルというか、なかなか発送されなくて2週間過ぎてからいつ発送するのか?とメッセージを送り確認したりして、結局、荷物が届いたのは注文してから1か月以上たってからです。普通は送料無料の普通郵便でも3週間位で届くので、FEDEXでの高い送料を払っていることを考えると癪に障ります。発送は、注文して3週間後、FEDEX(普通国際貨物)で1週間でした。
遅れたお詫びに、切削用のキリを10本おまけしてくれましたが。

下記の写真は、送られてきた梱包です。キットなので意外と小さい荷物でした。梱包の上の比較の包みは年賀状です。

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一応、梱包の内容を並べてみました。残念ながら梱包内容リストはなく、全部の部品が入っているのかどうかは確認できませんでした。結論から言うと、不足はワッシャくらいで、主要構造物の部品であるアルミの角棒が1本余計に入っていたのと、ネジとナットはこれでもかと余計に入っていました。

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早速組立てですが、まず、電気系の動作確認を行いました。組み立ててしまってからモーターが回らなかったり、基板が動かなかったりした場合それからクレームをつけても完成させるまで時間がかかると思ったからです。Z軸は組立て済みでの納入となっていました。
写真はその動作確認状況です。事前にソフトウェアの練習をしていたので、確認は簡単でした。
X、Y、Zのボタンを押して、モーターが回るのを確認して終わりです。

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ここで問題が発生しました。1軸が動かないのです。問題の切り分けが必要です。モーターだったら厄介だなと思いながら切り分けした結果、ドライバ基板であることがわかりました。この時点で予備として買った基板は到着していませんでしたが、注文していて良かったと思いました。
動かないドライバ基板をよくよく眺めていると、なんとチップ部品が壊れています。印刷からコンデンサのようです。

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使用されているドライバのICは、A4899という有名なモータードライバICのようで、サイト検索ですぐに回路図が見つかりました。
この回路図から壊れているコンデンサは0.1uFだとわかり、手持ちのコンデンサに入れ替えてみました。
ちゃんと動き出しました。ほかに問題はなかったようです。修理完了です。
お店には、壊れた基板の写真を送って壊れてるよ!と連絡したら、今度はすぐ連絡が来て、申し訳ないとドライバ基板3枚送ると言ってきて、本当に3枚到着しました。今度は早かったです。普通郵便でしたが10日ほどで到着しました。


次は、構造物の組み立てです。あまり写真を撮らなかったのですが、最初の写真はテーブルのY軸です。組み立てた状態で、実際にモーターを回して動作を確認しながら組立てを進めました。

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組み上がった状態です。ここまで4時間位でした。

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組立てマニュアルはなく、3Dの簡易動画を参考にしますが、どのネジをどのように使うかはこの動画からはわかりません。
しかし、全体を眺めながらやってみれば何とかなりました。

サンプルソフトを使ってかまぼこ板を切削してみました。
原点の決め方とか、Y軸の動き(逆に見える。X,Y座標で考えると理にかなっている)とか、慣れない部分がありましたが、とりあえず切削できて良かったです。

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次は、自分のコールサインでも切削したいのですが、CADが使えません。CADで書いたとしても、CAMソフトでGコードへの変換も必要となり、益々、良くわかっていません。
しかし、参考にさせていただいたサイトで紹介されている、EASELという、WEB上でデザインしてGコードを吐き出してくれるソフトを使ってみました。登録が必要ですが、無償で使用できます。
文字や、四角や丸、三角などの簡単な形状の切削はできそうで、ケースの穴あけや、パネルの穴あけには使えそうだと思っています。

かっこよさそうなフォントを使ってコールサインをアクリル板に切削してみました。
何故か、フォントが全部表現できていません。この時は理由が良く解らなかったのですが、後に色々やってみて何とか全部表現できるようになりました。

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次は、レーザーです。とりあえずスピンドルモーターの代わりにレーザーユニットを取り付けて駆動するだけですが、2500mWの威力は凄いです。フォーカスもあっていない状態ですが、木板がもくもくと煙を上げて焦げてゆきます。慌ててオフにしてしまいました。
照射状態で指をだしてフォーカスを調整する勇気もありませんので、改めてやることにしてスピンドルに戻しました。

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気を取り直して、切削用の固定用台を作ることにしました。どのような台がいいのか良く解っていないのですが、3cm置きに穴をあけて裏からナットを埋め込んで、固定用のネジがどこでもつけられるものを作ってみました。
勿論製作は、このCNCを使いました。材料は100円ショップで購入したMDFの板です。デザインは、先ほどのEASELを使用しました。ネジが通る穴と、ナットを埋め込む穴を重ねて並べてゆくだけです。ネジが通る穴は板厚より深く切削し、ナットを埋める穴はナットの厚みより0.5mmだけ厚くなる深さまで切削するようにしました。あとはGコードを吐き出して、プログラムで読み込んで動かすだけです。
下記の写真は切削状況の写真です。

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出来上がったものにナットを埋め込んでいる途中です。こういう加工ができるようになると嬉しくなってしまいます。ボール盤での手作業では絶対作れません。

こんな感じでターゲットを押さえています。ネジをX、Y方向の当てにしていますが、いい按配に平行が取れており、0.1mmの平行差はありませんでした。テーブルへの取り付け時の合わせこみがポイントですが、比較的ラフにやったつもりでしたが、大丈夫だったようです。

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次にやったのが、固定台のレベル出しです(水平面出し)。
ケースの穴あけ等にはあまり問題ないのでしょうが、プリント基板の切削(やるかどうかわかりませんが)では、0.1mmの傾きがあるとパターンの溝が切れずにつながってしまうようです。銅箔の厚みは0.036mmしかありませんから、パターンの溝は0.1mm暗いしか彫らないようです。
全体(21cm×16cm)を0.5mmほど彫ってみました。
3mmのエンドミルを使用し、2時間ほどかかったかと思います。

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最初の写真が、昔、エレキーパドル用に買って使って残った黒檀にコールサインを彫ったものです。
綺麗に彫れてます。今度はパドルを切ってみようかと思ってます。前回は、金鋸とやすりで作りましたが、自由な形が作れると思うと楽しくなってしまいます。(いつになるやらわかりませんが)

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別の物を切削した後の様子です。年末に掃除するどころかゴミを沢山作り出してます。

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一応遮音もかねて簡易的に段ボールで作った箱に入れてごみの散乱を防いでいます。
音は思ったほど大きくありませんでした。

このキットには、リミットスイッチとかついていませんが、制御基板には端子がありますので、今後の課題としてつけたいと思っています。
よって実用品を作る前にやることは、まだまだ沢山ありそうです。
作りたいものを自由に作るためには、CADとCAMも使えるようにならないとだめですし。

このキットを購入するきっかけとなり、色々参考にさせていただいたのは下記サイトです。

http://jh1lhv.hatenablog.jp/entry/2016/06/03/221048

JH1LHV OM殿大変ありがとうございます。
これ以外にも色々勉強になる事が記載されてます。
今後ともよろしくお願いいたします。

申年最後の、長〜い日記でした。
来年もよろしくお願いいたします。





posted by ja6irk at 15:32| Comment(2) | TrackBack(0) | QRP-HomeBrew