赤いブラケット部分を作りました。

その下のブラケットも上からネジ止めできるよう変更。

サイドに余分な部分がありますが、corexy  の仕掛けを作る際に考えることに。

あとは、これらを駆動させる corexy 機構とモーターマウントです。

 

corexy は、ステップモーターを２つ Y軸の先端に付けてベルトを引き回して、X軸とY軸を動かすタイプです。

 

CNC でこれを使ったタイプはあまり見かけません。3Dプリンターやプロッターでは見かけます。CNCルータ で見かけないのは、おそらく台形ネジやボールネジを駆動に使ったほうが精度が出るからだと思いますが、当初からベルト駆動で作ることを想定していましたので、ここはその最高峰の駆動システムである、corexy を採用したいと思います。

これによるメリットは大きく以下と認識しています。

 

・ボールネジや台形ネジにはできない高速移動（ベルトだから）

・X軸とY軸の移動は２つのステップモーターで動かすのでトルクが出る

・ベルトのテンションが常に稼動方向に均等にかかり、稼動軸のねじれが出ない

・MIT Media Labs で考案されたのでかっこいい

・オープンソース

 

似たシステムに、H-Bot 機構がありますが、こちらはベルトの引き回しがシンプルですが、ひっぱる部分がX軸とY軸で均等ではないので、軸の剛性がより求められます。完全に軸の剛性があれば理想的な動きをするようですが、実際には完全に剛性があるXYステージはないので、微妙にズレが発生するのがデメリットのようです。

 

ということで、これを組み込むことが今週の課題です。うまく組み込めるでしょうかね。

ベルトの通るラインを確認してみましたが、なかなかこのシステムはcorexy と愛称が良いようです。

ベルトの仮ラインを引っ張ってみると以下のようです。

今日はこのあたりまで。

ベット部分に、安さから18mm のMDF (600×600 で約1200円ほど)を使うことを想定していましたが、他の選択も一応考えてみました。

まず、10mm 厚の 600×600 のアルミ板（A5052）がモノタロウで約1万円でした。20mm だと約1.9万

MonotaRO ノーブランド

アルミ(A5052)切板 厚さ10mm

アルミ(A5052)切板 厚さ20mm

5000円くらいだったら、これも候補にしたかもしれません。が、据え置き。300 x300 の 10ｍｍだと、2500円なので小さい加工機を作る場合はいいかも。いや、今回小さく作るという選択もありかもです。コメントを見ると完全なフラットとあります。

あと、今回眼中に入っていませんでしたが、SS400D(ミガキ材)四角棒 の20mm角の長さ400mm が約1000円です。これのフラット度はどのくらいかわかりませんが、そこそこ平行なら小さなものを作る加工機もいいかもです。フライス加工してもらうと、いくらするんでしょうね。

 

まぁ、あれですね。今回のコンセプトは安く作るということから、これらは次回の楽しみの取っておいて、MDF の板に穴を開けて、ナットを噛ませて、それらを張り合わせるという構造が安くて良さそうです。最上面は、フライスしてフラットにする感じ。

10mm の MDF を2枚張り合わせるという構造にしようかと思います。ナットは、M5 くらいで、その穴は、これから作るCNC で削るという具体。そりを押さえるため、底には、2020 のアルミフレームを這わせるという構造です。

 

鬼目ナットというのもありますので、それをMDFに打ち込むだけでもよさそうですね。

木工用埋め込みナット

英語だと、insert nut で検索するとたくさんでてきます。たとえば、以下のような M5 の長さ13mm あたりがよさそう。価格は、100個で送料入れて1400円ほど。もう少し安いのもあるかもしれません。10mm 厚の何かに打ち込むことを考えて、10mm のでもいいかもです。

５0mm 間隔で入れるとして、100個あれば足りそうです。600円くらいのがあったので、それをポチっておきました。

MDF 18mm に底にアルミフレームを入れて、インサートナットをMDFに入れて固定できるようにするのが安くて良さそうです。この方針でいきましょう。こんな感じ。

あとは、駆動部分と、スピンドル部分ですね。モーター、シャフト、プーリー、タイミングベルトなどだいたい到着しましたので、ぼちぼちこれを考えることにします。

50mm ごとに穴を開けると以下のような感じ。インサートナットは、130個必要だったので、追加でぽちっと。ミスミのフラットフレームと少し迷いましたが、600mm で250円なので、これでもいいかもです。もしかすると、良く使うであろう、200mm 幅にこれを2本入れるかもしれません。

フラットフレーム ツバなし 溝幅６ｍｍ １溝タイプ

2040 のベースのアルミフレームは、黒かアルマイトか悩み中。350円ほど高いんですよね。4本で1300円くらい。もう少し設計が進んだら、購入しますのでそれまで考えます。

あと、現在だと85mm までの高さでフレームがあたるので、もう少しベースの緑部分の高さを上げる必要があるかもです。

基本的な構造を以下のように変更して、CNC ルータの設計の方針変更しています。

理論的には、スピンドル部分に左右、上下のトルクが掛かっても構造的に強いはずです。しかし、パーツが多くなるデメリットもありますが、やっかいなのはX軸とY軸に3本の稼動軸があり、この平行を調節する機能が必要かなと。

 

これを支える支柱に高さ調整を備えた構造が必要ですが、なかなか設計方針が定まりません。今のところ、ベースと、支柱を支えるブロックを分離して、それらをM3 のネジで結束する方向です。組み込みのときに、ガラス定盤（じょうばん）にダイヤルゲージで平行を調節するような感じです。

 

ブロックとブロックの高さは、アルミ箔のようなのを噛ませて調整するとかですが、もっと良い方法ないかなと思案中。アルミ箔は、10µmから厚手のモノは60µm くらいなので調整にはいいんじゃないかと。まぁ、そんな厚みは土台のたわみで変わるから調整する必要はないのかなぁ。ダイアルゲージの測定誤差は、0.005mm （5µm) なので、0.01mm くらいの精度が調整できればと。

最初に組み込んだ時に調整したら、後からは調整できない（ばらせば可能ですが）ので、なんかいい構造はないですかね。それか、調整機能は省いて、一体型の支柱にするとか？いやぁ、調整機能がないとやっぱりだめでしょ。

 

もんもんとしてきたので、天気がいいことですし気分転換に外出してきます。ラーメン＆ホームセンターにでも行ってこようかな。

で、4隅に同じパーツが使えるよう、対象にしておきました。

３Dプリンターがなかったら、こんなパーツは作れませんね。３Dソフトと３Dプリンターがあると、工作の幅が広がります。

 

あとは、Bed の処理です。底のMDFをどうやって固定するかです。ある程度のそりを抑えて、削るものを固定できるようネジ穴を作っておくと便利そうですが。アルミの8mm の溝が切ってある板のものがよさそうですが、価格もそれなりにしたはずです。あ、ミスミのサイトが面手中で部品が物色できませんね。

 

CNC Bed で画像検索すると、いろいろ出てきます。みんなどうやって固定しているんでしょうね。MDF 以外の底の選択を検討したいと思います。

先日、Root 2 CNC のブラケットを見て、これはいいなと思い参考にして 625 タイプのベアリングを使い作ってみました。

上下のブラケットでフレームをはさみこみ、上下とも、３つのベアリングで固定する感じです。

この3点支持でうまく支えられるか、実際動かしてみたいところです。

ブロックの四方には、M3 の ネジで対象を固定できるように。

ベアリングは以下のように入っています。

大きさは、１つのブロックが長さ90mm 幅 50.5mm 高さ20.25mm です。囲みこんだ状態で、上下は71mm になる予定。

これを交差させてZ軸を作れば、強度的にも増すのではないかと思います。

ここはまだ作りこんでいませんが、3角のブラケットにステップモータとリニアガイドのZ軸が付くイメージです。XY軸は、corexy で動かしてみるつもりです。

構想から、1ヶ月が経過しました。

現在の状況は、概ね以下のような感じです。

これのモデルとしたのは、以下です。Shapeoko 3 のスタイルがいいかなと。

改良を重ねて、Shapeoko はこのように進化したのですが、こうして見比べ見るとなるほどなと感心します。

 

自分のは、まだ作りなおさないといけない部分がありますが、XY 軸は出来てきました。パターンは３つ考えてあって、

1. X軸の中央にモータが載るパターン

今回、メインで進めている方針

2. X軸の端にモータが載るパターン

プロッタ向けや、3D プリンタなどの用途。Y軸を切り離した時にも対応できるように。

3. coreXY 機構で、モータが稼動軸に載らないパターン

   モータが2個で稼動できて、メリットがたくさんある。（勉強中）

   プロッタや３D向けの最候補のもの。これから作成予定。

という方向があります。今回、CNC 用途としているわけですが加重がかかる部分の担保として弱い部分は、以下の図で言うと緑色のX 軸の

部分の平行度。ここを支えるのはY軸のベルト駆動とステップモータとブラケットの直角部分です。青色軸のY 軸の水平度は、アルミフレームの筐体で担保しています。特に弱いと思われる部分は、緑色部分の前後のひずみです。理想的なのは、青緑の直角度が維持できてそれが水平に稼動することと、そして赤が垂直になることです。

 

以下なような板材でそのひずみを担保するというのもありかもです。

こういう構造を持っているのは、以下のような筐体です。

めっちゃ、強そうですね。あと、切ったクズが稼動軸に付着しにくいのも特徴です。アルミフレームだと以下のような構造も参考になります。

この構造は大型の機器にも採用されています。

 

もう少し、このあたりを修正しないと、アルミを満足に削れないかなと思います。

 

この方向へ進むと、ごつくなり部材の材料費が高くなるので、躊躇しています。

corexy の cnc ルーターはあまりないので、そのメリットを享受するために使いたいので検討していますが、以下の変り種のCNC の機構を採用して、それに corexy を取り入れるのもいいかなと考えています。

これは、Mostly Printed CNC というもので、thingiverse に登録されています。これのメリットは、Y軸とX軸の荷重を3本の軸で固定できることと、垂直する機構が重くなっても耐えられる点にあります。また、汎用品を使っているので部材の調達が楽です。先に紹介したひずみを取る機構を入れなくても、耐性があるのではと思います。

よく考えましたよね。丸パイプにベアリング3点で挟んでいる構造で、xy軸を交差することで垂直軸のZ軸のひずみも担保しています。構造的に平面度の調整と、平行軸の調整もできます。これに corexy 機構を入れたら理想的なんじゃないかと。

 

世界は広いです。すばらしい構造を考えるヒトがいるもんですね。

 

今回の自分のプロジェクトに置き換えると、丸パイプが角となる感じで、これにcorexy を入れたものは現時点ではなさそうです。あるかもしれませんが、まだ探しきれていません。

 

現時点で、採用したいキーワードは、以下３つ

・corexy の xy ベルト駆動

・Mostly Printed CNC の構造

・Root 2 CNC のサンドイッチする構造