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CNCフライス

CNCフライス盤(NCルータ)

画像の説明

自作CNCフライス

CNCフライス盤(NCルータ)を自作しました。
このページは只今工事中です

フライス盤とは

 旋盤とは逆に刃物を回転し、被切削物を2軸テーブルに固定してX方向、Y方向に動かして平面加工、側面加工、段加工、溝加工、切断などが出来る工作機械です。

CNC化について

コンピュータから送出されるGコードと呼ばれる制御信号でフライス盤を自動運転します。 趣味でCNCフライス盤を作製する事も可能であり、その場合の必要な物品は以下のとおりです。

  • 工作機本体の改造
    フライス盤のテーブル(X・Y方向)とアーム(Z(上・下)方向)にステッピングモーターを取り付けました。
    ①木工フライス 藤久機械(オークションで中古を入手) 
    ②2軸スライドテーブル オフ・コーポレーション T-1954
    ③ステッピングモーター オリジナルマインド 56mm角
  • ステッピングモーターコントローラー(MC433)
    この制御基盤はコンピュータ側はDsub25のパラレルインタフェース、ステッピングモーター側は5PIN×4組のコネクタで各軸(A軸は未使用)のステッピングモーターに接続します。 当方はオークションで安く入手できたSOC Robotics社製MC433を使用していますがオリジナルマインド社でも同じ機能の基盤を販売しています。
  • CNCコントロールソフト(MACH3)
    ソフトMACH3を使用しました。 CNCでは有名なソフトでGコードを解釈してパソコンのプリンタコネクタ(Dsub25)からステッピングモーター制御パルスを送出します。 使用に当たってはピンアサインやモーターコンフィグなどが必要ですが別項で詳しく述べます。 なお、このソフトはGコードが500行までなら無料で利用できます。
  • Gコード作成ソフト(USBCNCV3)
    CADで作成した図面からNCに必要なGコードを生成するソフトです。 Gコード生成の内側・外側切削指定、ライン上切削、ポケット加工などの指定が出来ます。 このソフトも無料で利用出来ます。
  • CAD(JW-CAD)
    図面を作成するソフトです。 JW-CADが参考書も沢山あり無料なのでお勧めです。

フライス盤本体の仕様と改造方法

cnc正面.jpg

手動式の木工フライスと別購入のXYテーブルを作業台に固定して使用しています。 木工フライスに付属のルーターは高速電機㈱のミニ・ミラーHSM-50という小型ハンドグラインダーにルータビットを取り付けたものです。

  • 仕様
    ①ルーター部
    ・チャック能力 最大6mmφ
    ・電源 AC100V(50/60Hz)
    ・無負荷回転数 28,000R.P.M
    ・定格電流 1.5A
    ・消費電力 135W
    ②加工範囲
    ・縦 155mm
    ・横 475mm
    ・深さ 50mm
    ③重量
    ・XYテーブル 約23kg
    ・木工フライス 約20kg
xyz.jpg
  • ステッピングモーターの取り付け
    右写真の上からX軸、Y軸、Z軸のステッピングモーター取り付けの様子です。
    ①X軸
    手動で移動する必要があるので左側ハンドルは残し、右側のハンドルと軸受けを取り外して6mm厚のアルミで補助板を作り、スムースな動きを期待してベアリング軸受を取り付けました。 ステッピングモーターはアルミの補助板に4mmタップを切り、4mm長ビスをジャストの寸法に切断して取り付けています。 スペーサーは6mm(φ内径4φmm)アルミパイプをホームセンターで購入してジャストサイズに自作しました。 モーターと軸の接続にはカプリコン・ミニを使用して偏芯に対処しています。
    ②Y軸
    X軸と方法は一緒です。 テーブルの移動範囲を確保するために20mm厚のアルミ板をスペーサーとしてテーブルと補助板の間に噛ましています。
    ③Z軸
    Z軸は構造上ナット側を回転する必要があるのでシンクロプーリーを採用しました。 Z軸に付いているアルミのつまみにタップを切シンクロプリーを固定しています。 ステッピングモーター側はシンクロプーリーに3mmのタップを切りイモネジでモーター軸に固定しています。 プーリーの歯数比は1:2です。 

ステッピングモーターコントローラー概要

cnc-2.jpg

ステッピングモーターコントローラーはSOC Robotics社のMC433を使用しました。 4軸制御が可能ですがA軸は使用しません。 ステッピングモータの駆動には定電圧方式とPWMによる定電流方式がありますがこの基盤は後者なので電流制限抵抗が不要で抵抗の発熱も無く省電力です。

ステッピングモーターとの接続

wiring.jpg
  • ステッピングモータードライブ能力
    ・ドライブ電流 2.5A(MAX10A)
    ・電流調整 VRによりパルス幅を可変(PWM)
    ・電源 基盤電源 5~12V
        モーター電源 7~35V
     

ステッピングモーターの電流調整 

pwm.jpg
  • MC433基盤上の3個のVRで行います。
    ①Initial On time pot
    PWM信号の最初のパルスの幅を調整しますが、あまり大きな変化はありませんでした。
    ②Duty cycle pot
    バスルのデューティーサイクルを調整します。
    左で電流最大、右に廻すほど電流が少なくなります。 表示では右最大がDuty cycle 95%の表示ですが、反対では?
    ③Slew Rate pot
    パルスの立ち上がりの調整?
    右に廻すと電流が少なくなります。
  • オッシロスコープで確認すれば良いのですが手元にないので次の方法で調整しました。
    ・Initial On time pot 中間位置
    ・Slew Rate pot 左に廻しきり
    ・Duty cycle pot 右最大からゆっくり戻し、モーターがロックされてしかも電流が最小の箇所を見つけて固定しました。

下の写真はCNCコントローラの概観で、中にMC433基盤と電源部を組み込んでいます。

mc433-1.jpg

mach3の使用方法と設定

CNCソフトMACH3の画像です。

mach3.jpg
  • MACH3の使用方法は以下のとおりです。
    ①Gコードファイルを読み込みます。
    ・file → ×××.cnc 希望ファイルを読み込む
    ②ステッピングモーターコントローラーと接続します。
    ・Reset ボタンを押すと点滅から点灯に変わる
    ③各軸をゼロクリヤします。
    ・全軸の数値を"0"とする
    ④スタートとストップのボタンです。
    ・Cycle Start スタート
    ・Feed Hold  一時停止
    ・Stop     ストップ
    ⑤Gコードをスタートに戻します。
    ・Rewind

MACH3設定(その1)

 パラレルポートの割付

mach3-pin.jpg
  • コンピュータ(MACH3)とステッピングモーターコントローラーとはパラレルポートで信号をやり取りする。 そのためパラレルポートの各PINに制御信号を割り付ける必要がある。 CNCインタフェース装置がMC433の場合の設定は以下のとおりである。
    信号のEnabledはX,Y,Z軸(Output)とEstop(Input)のみとした。
pin.jpg
  • Config → Motor Output
     ①X Axis STEP 3PIN, DIR 2PIN
     ②Y Axis STEP 5PIN, DIR 4PIN
     ③Z Axis STEP 7PIN, DIR 6PIN
  • Config → Input Signals
     ①Estpo 10PIN

    MC433のピンイサイン

MACH3設定(その2)

 ステッピングモーターのチューニングとセットアップ

mach3-motor.jpg
  • 1.単位にミリを選択する。
     Config → Select Native Units
     ①MM's にマークする。
  • 2.モーターの設定をする。
     Config → Motor Tuning and Setup
     X Axis
     ①Steps Per 157.48
     ②Verocity 100
     ③Acceleration 40
     Y Axis
     ①Steps Per 157.48
     ②Verocity 100
     ③Acceleration 40
     Z Axis(仮設定)
     ①Steps Per 157.48
     ②Verocity 100
     ③Acceleration 40
  • モーターやXYテーブルの仕様により①~③の値は変更の必要がある。
     ①1mm移動に必要なモーターのステップ数を設定する。
      今回は1.8°/Stepのモーターをハーフステップ駆動で使用したので
      ・1回転に必要なパルスは 360/1.8×2=400
      ・軸は1回転で2.54mm進むので必要なパルスは 400/2.54=157.48 となる。
     ②軸の移動最高速度を設定する。 空で移動する時この値が適用となる。
      ・実験により 100mm/Min に設定
     ③指定速度に達するまでの加速度を設定する。
      ・実験により 40mm/s/s に設定

USBCNC

USBCNC V3の起動画面です

usb.jpg

2010/3/25

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