M45CNC

62. M45 CNC 2009/4/11 ベースマシンは寿貿易のＭ４５を採用しました。　重量は実測で３３０Kg程度です。　Ａタイプと呼ばれる機種です。　この機種は、私の工作室に設置可能な最大サイズのマシンという基準で選びました。　また、角型コラムも必須条件として選択しました。仕様　機械部　　ベースマシン：M４５　Ａタイプ（寿貿易）　　ボールねじ：MISUMI　型番　ＢＳＳタイプ　直径２０ｍｍ　リード５ｍｍ　リード精度C5　　　　　　　　　　（バックラッシュゼロにメーカーで与圧調整してもらいました）　　カップリング：ＭＩＳＵＭＩ　型番　ＳＣＸＷ　　ヘッド重量キャンセル方法　　ガススプリング：　ＭＩＳＵＭＩ　ＧＳＳ２２３５６Ａ　（TOKIKO製）　電気部　　モータ　X/Y　軸　ＭＩＴＳＵＢＩＳＩ　ＨＣＫＦＳ４３　　モータ　　　Z　軸　ＭＩＴＳＵＢＩＳＩ　ＨＣＵＦＳ４３　　サーボアンプ　ＭＩＴＳＵＢＩＳ　ＭＲ－Ｊ２Ｓ－４０　　リミットスイッチ：OMRON　Ｄ４Ｃ３４２０　　主軸モータ３相モータ　ＹＡＳＵＫＡＷＡ　でドライブ　制御：　USBCNC 　　USBCNCとサーボアンプ間はバランスタイプのバッファーインタフェースを介して接続　　最大速度はＦ３０００にセットしています。
	１．ベースマシン CNCマシンに限りませんが、機械的な性能として、テーブル上面の高さの均一性、主軸の傾き、主軸の触れ精度、などの精度が確保されていることが必要です。　趣味用のマシンは、産業用のマシンと異なりほとんどのメーカーは精度を保証していません。　運にまかせるしかありません。　今回の固体の精度を確認したところ、実用的な値になっており満足できるものでした。　特に、Y軸方向の主軸の傾きは調整が事実上不可能に近いので精度が確保されていて満足しています。　また、精度とは異なる要素ですが、テーブルの動きの滑らかさも、ガサガサとした感触も無く、『ぬるっ』としたテーブルの滑り感で、満足できるものです。　ベースマシンとしては、適切なレベルだと思います。
	２．ボールねじねじ径については、オリジナルの台形ねじの径は２５ｍｍで、ボールねじも２５ｍｍのものを採用したかったのですが、ホルダー部が大きくなり、取り付けできない場合もあるので、取り付け可能なホルダーサイズから、ボールねじを選択しました。　　精度は、コストとの兼ね合いで、どこまで許容できるかですが、キーパーツなので、できるだけ妥協しない方針とし、コストをかけたパーツです。　　また、産業用のパーツは、入手性の問題もあり、自由な選択が難しい状況にありますが、今回は長さや軸端仕様も指定して何とか希望のスペックのパーツを入手することができました。
	３．Ｚ軸にボールねじを取り付けるために、ヘッドを外している様子です。　木製の台に乗せて、テーブル移動でヘッドを外します。
	４．ヘッドを取り付けているベース部も取り外します。
	５．Ｚ軸の構造です。　主導ハンドルは歯車機構でねじと接続されています。
	６．Ｚ軸機構の全部を外した状態です。
	７．Ｚ軸ベースと大径ねじ用のホルダー部は一体になっています。　ボールねじ取り付け用のねじ穴を新たに加工しています。
	８．ボールねじを組み付けて、取り付けている様子です。
	９．ボールねじは、上部で固定しています。写真はカップリングを取り付けた様子です。
	１０．Ｚ軸の取り付け状態を上部から見た様子です。
	１１．モーターの取り付け状態です。
	１２．Ｚ軸の手動ハンドルです。　クラッチ機構をつけました。
	１３．ＸＹ軸取り付けにあたっては、現品からの寸法出しが必要になり、何度も原寸図面を描いて確認しながらボールねじの取り付け位置を決定しました。ＸＹ軸は、既存の台形スクリューからの交換で、可能な限り、大きな軸径のねじを取り付ける方針にし、事前の装着スペース測定によりボールねじ選択を行いまいた。
	１４、ボールねじホルダーの製作の様子です。
	１５．Ｘ軸と、Ｙ軸用のホルダーです。
	１６．ボールねじを取り付けた状態です。
	１７．ボールねじのナットはオリジナルの台形ねじのナットホルダーより大きく、組み付け後にナットが邪魔してテーブルの組み立てができません。　そのため、今回の改造では、テーブルの一部を削り取るなどして装着できるようにしました。　削り取ってしまった部分はボールねじ固定部分として必要なため、パーツを製作して別途ふたのような構造にして埋めています。
	１８．ボールねじナットに引っかからずにテーブルの装着ができます。
	１９．手動ハンドルを製作している様子です。
	２０．Ｙ軸用の固定プレートを取り付けるために、図面を原寸で印刷し、現品合わせでポンチ討ちして、本体にねじ穴を明ける準備をしています。
	２１．タップでネジを立てている様子です。
	２２．駆動機構は、バックラッシュの入り込む要素を最小にするために減速機構を介さずにモータとボールねじ間をカップリングでダイレクトに結合しています。　ダイレクトカップリングの心配事としては、サーボモーターがボールねじを十分にドライブでき力があるかどうかです。　この点に関して、実測すると、Ｚ軸の駆動力は、ジブを硬めに調整しても１００Ｋｇ以上の推力（ヘルスメーターが振り切れます）があることが判りました。　従って、減速機構を設けなくても４００Ｗモーターで十分なドライブが可能であるとの結果だと思います。また、ＸＹＺ共に、手動ハンドルを設けてマニュアル切削もできるように設計しています。　手動ハンドルは、クラッチ機構を設け、NC動作時にはハンドルを切り離すことができるようにしています。
	２３．ＸＹ軸のモータは三菱のＨＣ-ＫＦＳ４３、Ｚ軸モータは、ＨＣ－ＵＦＳ４３です。　Ｚ軸は、以前に入手した在庫があったため、長さの短いタイプのモータを使いました。　また、デザイン上の理由もあります。
	２４．Ｙ軸のドライブ機構の全体です。
	２５．Ｘ軸の手動ハンドル部の写真です。クラッチ機構も設けています。
	２６．Ｘ軸のモーター取り付け部です。
	２７．コントロールパネルの穴加工と文字加工をした様子です。
	２８．ＥＩＡ規格の１Ｕラックに収めました。　狭いスペースが有効に利用可能です。　コントロールは、USB－CNCのV４基板を採用しています。　サーボアンプとの接続には、バランス出力のインタフェースを入れています。　前面パネルは、電源スイッチ、CNC基板のモニターLED、サーボON/OFFスイッチ、緊急停止ボタンです。
	２９．パネル加工の様子です。
	３０．パネルには、クイル用のＤＲＯも取り付けています。
	３１．Ｘ軸のリミットスイッチです。　1個で済ましています。
	３２．サーボアンプです。サーボアンプは、三菱製のＭＲ－Ｊ２Ｓシリーズを使っています。　サーボアンプは、接続方法やパラメーターの設定などの使い方が難しく、メーカーを換えると使い方を覚えるのが面倒なので、使い方に慣れているアンプとモータの組み合わせを採用しました。このサーボアンプとモータの組み合わせでは、パルス当たり分解能が内部パラメーター設定で変更できます。　今回の設定では、１入力パルスで０．００１ｍｍの移動量となるように設定しました。