引き続きmini-cnc hakuについて。ここしばらく、仕事の試作品を作るのに使っていた。そこで得たノウハウ。なお、ここに書いてあることを試して何らかの損失があったとしてもこちらはその責任を負わない。試すときは自己責任で。

今回の試作はある程度数を作る必要があって、そうなると１つ１つの切り出しをちんたらやっているわけにもいかない。そこで、mini-cncだと当たり前とされる両面テープでの貼り付けではなく、治具を作って切削ということをやった。完全に理想通りとはいかなかったものの、場所合わせと両面テープの糊剥がし(*)から解放されるだけでもかなり効率が上がる。

だが、それだけでは時間が圧縮できない。次に手をつけたのは最高速度設定(Mach3でいうところのMotor Tuning)。空走区間の速度を倍近い速度に出来るだけで、切削時間は相当圧縮できる、ということで設定を色々詰めてみたのだが、オリジナルマインドではF1200が上限というところ、うちではX,Y軸ともにX1800(Z軸だけは変更せず)で動かしていて今のところ特に問題無く動いている。

さらに、標準では8000rpmの主軸回転数を、オプションのプーリを購入することで11000rpm化した。ここまで変更した結果、今は樹脂(POMやアクリル)相手に0.3mm～0.4mmの切り込みでF900程度というそこそこの切削速度を得ることが出来ている。アクリル相手にF400/0.5mm/8000rpm(@２φ)(=400^3/min)はかなりキビシイ感じがしたが、回転数を上げた結果F900/0.4mm/11000rpm(@２φ)(=720mm^3/min)とかなり切削速度を上げることができた。

なんの保証もない話だが、そもそも組み立て式CNC、保証なんてもとよりどこにもない。遅い遅いと思う前に、パラメータをどんどんいじってみるのがいいのではなかろうか、という話。

しかしここ１週間程度のCNCの総運転距離、NCVCで出る長さをまとめると800m以上になっている(うち切削移動が8割くらい)。購入してまだ２ヶ月足らずだが、買ってからで考えればすでに1000m以上になるだろう。そろそろ本体をオーバーホールしたほうがいいかもしれない。。

(*)普段使っているのは寺岡製作所のNo.7220。東急ハンズで容易に手に入る。これの粘着成分はイソプロパノールだとあまり溶けないがエタノールで簡単に剥がれる。エタノールなら大抵の材料に使えるのでオススメ。

・精度は思ったより高い

もちろん、組み付けにも左右されるが、かなり精度は出ていると思う。少なくとも繰り返し精度はかなり高い。寸法精度は使っている台形ネジの精度に影響されるので恐らく場所により前後するのではないかという感じ。寸法精度を要求される目的には強くオススメできない感じ。オリジナルマインドの担当者の方が0.1mm精度程度、といっていたのも感覚的に頷ける。

・あまり重切削向きではない

木材、アルミ、樹脂が削れると書いてあるとおり、あまり重切削には向かない。ちょっと無理をすると主軸のモータ台が振動しはじめるし、肝心な主軸周りの剛性も足りていない感じ。門構造のほうの剛性はそれなりにあるのに、ちょっと残念。
ただし、時間をかけてちゃんと考えた切削パスで切ってやれば、鉄でも切れるんじゃないかという気はした。そのうち試してみる。

・F1200遅い

一つ上のCOBRAだと、最大でF1800の送り、とあるが、何れにせよ送りが遅い。その上ステッピングモータのパワーに対して軸に乗っている重量がありすぎて立ち上がりも遅い。結果、細かい削りが多いところは実質F200くらいしか出なくなってしまう(Mach3の設定でずいぶん変わると思うのでそのうち暇が出来たら追い詰めてみるつもり)。よくあるCNC動画的に動かすなら、とっととCOBRAを買ってACサーボ化キット＋ACサーボを買うべきだと思う。うちもパワーのあるステッピングモータに変えるかサーボ化するかで悩んでる。

・主軸8000rpmも遅い

主軸も、標準で8000rpm、プーリを変えて11000rpmと、銜えられる標準シャンク径がφ4とバカ細いのに対して遅すぎる。可変にしろとはいわないが、パワーを保ったまま20k～30krpmくらいで回して欲しいところ。
おそらく、DCブラシモータの適当なやつがhakuに乗っているやつくらいが上限だったりして、その関係で主軸モータを乗せる台もちっちゃくして、という設計の流れでこうなったんじゃないかと思う。重たい主軸周りだとステッピングモータへの負担も大きくなるだろうし。
うちはここも一回り強いACインダクションモータに変えて、プーリもタイミングベルト的なものに変えようと思っている。難点はあんまり重くするとZ軸のステッピングモータが負けそうというところ。ここもあわせて面倒をみないといけないかも。

・オススメセットいけてない

買ったのはオススメセットなのだが、どなたかも指摘していたように付属品のロボットケーブルがあまりにも短すぎる。軸ごとに長さが違うべきなのに一律2mで出してくるというのは不親切すぎる。本体から離した場所におけないのに金属性の切り子に注意なんていわれても困る。
うちはもっと長いケーブルを調達の上、両端にMSコネクタをつけて、QUATTROのケースも作り替えて組み直すつもりだが、あくまでも「お手軽に自分で部品調達の手間を省いて組みたい人向け」でしかないことに注意。

総論として文句が多くなってしまったが、買って失敗したかというと、買って良かったという思いの方が強い。なによりも、時間を問わず図面をダイレクトに形に起こせるというのは代え難い物だ。あえてアドバイスするなら、予算がもう少し(50万円くらい)あればCOBRA、もっと(80万円くらい)あればSMDのSBR3400あたりを買った方がいいんじゃないかと思う。

何か聞きたいことがあればお気軽にどうぞ。

そんな話をする予定じゃなかった、うちのhakuの話。

先日書いたように、SolidWorks -> MeshCAM -> Mach3という流れで色々と試しているのだが、今日の加工でオリジナルマインド推奨の設定が実は正しくないのではないかという疑いが出てきた。その理由がこれ。

この元になったモデルはこんな感じ。

見てわかるとおり、内側の彫り込みは、単純に彫り込むだけで、エッジはそのまま、テーパーはいっさいかけていない。が、実際のモデルはなんだか角がなまってしまっている。この現象が見られるのはF1200での切削(finishの薄皮一枚はぐときにしか使ってない)のような速い送りの時だけ。ということは恐らくはMach3のConfig->Motor Tuningのページにある設定が、オリジナルマインド推奨の値では厳しすぎるんじゃないかと予想。その割には脱調している気配がないのが微妙なんだが。

それと、MeshCAMの吐き出すコードにゴミが混じっていたせいで、変なところに穴が・・。このゴミがどこの段階で発生したものなのかちょっとわかりかねるが、再現すると困るので要調査。

調べて追記予定。

１．データの用意

データはSolidWorksで部品として作成後、STLファイルとして出力する。今回は超いい加減な出っ張りパーツを削ってみることにする。

２．そのSTLファイルをMeshCAMで読み込む。

読み込むときは単位は「MM」にする。また、HAKUのような3軸機で切削する場合、Job typeは3 Axisにする。
これで読み込むことは出来たが、そのままだと軸方向が違う。それを直すため、Geometry->Rotate GeometryでX方向に90度、Rotate Around Axisで回転させる。これでSolidWorksの「平面」がこちら側を向いているはず。

３．材料のサイズを定義
CAM->Define Stockで材料のサイズを定義する。Stock Sizeは材料そのものの大きさ、Geometry Offsetは材料に対してのデータオフセット。たとえば、30×30x10の大きさの材料に25×25x3の大きさのデータを材料中央に彫り込むことにしたので、オフセットは2.5(30-25/2), 2.5, 0(Z軸は0にしておくと上端があうはず)となる。
※これ以降、ここの設定がおかしかったのでGコードも切削後の絵も変。あしからず。
なお、MeshCAMを使うと、図面外のエリアには全て削るGコードが出力される。材料をセットしたステージごと削られるのが嫌ならば、材料のサイズのZ方向を材料より少ない値にしておくといいだろう。

４．CAM->Generate ToolpathでGコードを生成する。
まず、Toolは適切なものを追加しておく。Select Toolボタン(どれでもいい)をクリックして開いたメニューに「Add」で追加する。最低限入力が必要なのは黄色くなっている入力欄のみ。Feedrate(送り速度)、Plunge Rate(Z方向送り速度)は相手の材料によって違うはずなので、間違っても大変なことにならないように小さい(10とか)値にしておくと安心。この値はGenerate Toolpath画面で上書きできる。あと気をつけたいのはStepover(切削幅)の設定。エンドミルの太さそのままだと微妙に残ってしまうので、90%程度の値にしておくといい。
次に、Roughingにチェックしないといきなり深いところまで彫り込んでしまうのでかならずRoughingの設定も行う。大事なのは、Depth per Pass(1度あたりの削り込み量)と、Stock to Leave(Finishまでに残しておく分)。
Waterlineは等高線切り込み。Pencil cleanupは外形線の荒れを切り込んで修正する。

生成にはかなり時間がかかる。ちょっとお茶でも飲んで待とう。

５．生成されたGコードを確認。

Gコードは「必ず」NCVCなどのツールで確認すること。可能な限りすべてトレースして目視確認すべし。ここで手抜きをすると、割と高価なエンドミルを折ったり、ただ折れるだけでなく破片が飛び散ったり、怪我をしたり、ろくなことにはならない。

６．CNCコントローラで実行
Mach3に放り込んで、スピンドルを回転させ、先を材料の左下隅にあわせて(無理ならX,Yを材料左下隅にあわせてゼロ点設定してから、太さ/厚みの正確にわかっている何かを挟んで確認して、その値をいれてやってもいい。いずれにしても材料左下隅が0,0,0になっているようにする)、一呼吸してここまでの確認を全て思い出して頭の中でトレースしてみる。本当に問題ないか、これで削って大丈夫か。問題なければCycle startを押して後は時々様子をみる(切り子掃除と切削油追加)だけだ。
ポケット加工など目じゃないくらい、大抵は時間がかかる。じっくりと構えてやることが肝要。この手の自動工具は全部そうだが、焦ると大けがをしかねない。

７．完成！

真鍮を0.1mmステップで、F45送りで削ったせいで７時間ほどかかり、こんな感じに。上で警告しておきながら、1mmのエンドミルでStepoverを1mmにしたせいで酷い有様。その上細いエンドミルがスクエアのものしか無かったが、次はボールエンドミルを用意してもっときれいに削ってみたいところ。(言い訳)
Pencil cleanupを設定したのに、45度角面取りしてあるところ(一番上のエッジ)が横方向の走査時にカジられているのも気になる。この辺はStepoverをもっともっと細かくしてもっと時間をかけて処理するしかないかもしれない。もしくはWaterlineの設定か。これも課題だ。

メモ：

実はR2(φ4)のボールエンドミルも持っているのだが、こいつを使う設定でMeshCAMにGコードを吐かせると、不思議な切削パスを生成してしまう。角が丸くなったというか。切削パス的にそうしなければならない理由もないので、バグか何かなのではないかと邪推する。追って調査。

今後の課題：

RoughingとFinishでツールを変えたときの段取りを考える。単純にGコードを足して一時停止させて、ツール交換すればいいわけではなく、ツール先端での原点だしをしなければいけない。だが、すでにRoughing前に原点取りに使った部分はすでに削られてしまっている場合が多い。ケースによっては上面全部が削られている場合もある。そういう状態でうまくツール交換する方法をどうにかしたい所。やはり機械原点からの距離じゃないと駄目かなぁ。

追記(2009/01/06)：

Rotate Axisで向きを変える件、SolidWorksは「平面」がX-Z平面であることが原因となっている。これはツールの都合なので、いちいち面倒ならば、X-Y平面にモノをおいてやれば一手間減らせる。

ということで、SUSのような硬い材料はともかくとして、それより柔らかい材料を持ってきて色々削ってみようと思う。ということでまずは真鍮。真鍮といっても色々あるのだが、今回はハンズで売っていた真鍮ブロック(30×30x10)を使う。切り子をみると快削真鍮(C3604)なんじゃないかなぁ、どうかなぁ。

例によってオリジナルマインドのエコノミースクエアエンドミルの2mmで、表面の薄皮1枚0.1mmだけ引いてみることにした。送りは最初びくびくF10で切っていたが途中で加速してF30で切っている。音からするとまだまだ余裕がありそうな感じがした。切削油はエーゼットの水溶性。

結果はこんな感じ。割と、というか全く問題なさそう。この雰囲気だと同じ送りならもっとがっつり切り込んでもなんとかなりそうだ。加工時間はおよそ20分ちょっとだった。

新たにわかったことが１つ、どうも主軸がZ軸方向にわずかに傾いているように思う。肉眼でわかるほどではないのだが、ツールマークを奥の方から見ると、パスごとにごくごく細い光の筋が見える。10uとかそういうレベルなのだが、どうにかならないか考えてみることにする。