2017年4月1日土曜日

小型工作機CNC2418 その5(木材切削)

JwCADとNCVCを学習していた所、「みら太な日々」ブログのここ見ていると、
Fusion360一本でGcodeまで吐き出せるではないですか。
これはいけいない!とFusion360の学習に切り替えました。
Fusion360は64bit版OSじゃないとだめなんですね。
早速、Windows10にUpgradeしていたNotePCにInstallしました。

まずは、Fusion360公式サイトにあるこのカップを何回か学習しました。
このチュートリアルは、取っ掛かりにはなかなか良く、わりと短時間で基本が学べると思います。
ディレクトリというかファイルの保存構造はなじめません。よくわかりません。

これで、ようやく簡単なものなら書けるようになり(気がしている)、
木材で何か作りたくなりました。
で、次のを作成、ほとんどカップ練習ででてくる機能だけで描けたと思います。
実はこれは、前々回(その3)の非金属用のHeghtMap用Probeを
スピンドル下に取り付けようかと取付具を考えている所です。
まだ、上側だけです。

CAM機能は手探りで少~しわかるようになりました。
試行錯誤し過ぎて途中経過なしです。

Fusion360からGcode吐き出して、GRBLcontrol(Candle)に読み込みます。


CNC2418にセットします。
木材(集成材)の大きさは、横幅100mm、奥行:28mm、高さ:20mmです。
【材質は、レッドパイン(赤松)集成材です。(4/7追記)】

エンドミルは、2mm 先端フラット・2フルートのトウモロコシタイプです。
原点を目視で合わせます。
原点合わせの上手い方法はないだろうか?何か考えないと。
特にこの様な材料の場合、固定時にX軸の並行調整もやる必要がありますが、目視です。
それでも写真を見ると、木材の辺とステージの溝がそこそこ平行になっています。

加工中です。おや?!エンドミルが止まったように写っています。
シャッタースピード 1/30秒ですがー
スピンドルとのジョイント部もほとんどブレていません。
S800(24V Duty80%駆動) F300(300mm/min)です。
よく考えると、このデジカメ、メカニカルシャッターじゃなくCMOSで電子シャッターです。
その内、回転数は測ってみたいものです。10000rpmでも167回転/秒なのでLEDを数百Hzで点滅させストロボ作れば、測れそうな気もします。
まあ、今は削れているのでよしと!

こちらはシャッタースピード1/8秒です。
さすがにエンドミルはブレて写っています。 

今度は傾斜面の切削、初めて見るので面白く、見ていて飽きません。
時々掃除機で屑を吸い取ります。写真も撮るので結構忙しいものです。

わおっ?傾斜が1mm程も階段状になっています。
一旦、荒削りして傾斜を綺麗にするのかと思いきや、

終了です。階段のまま。ヒゲが結構残っています。ヒゲは仕方ない。


あらら~~、間違えていました。
Fusion360操作に気を取られて円の中心をズラすのを忘れていたのです。

Fusion360で最初から作り直しです。
これが作りたかったものです。傾斜部の両側の薄い壁は最後に取ります。

前のは、失敗版で説明を飛ばしたので、Fusion360のCAM部の作業をちょっと詳しく。
[3D]の[ポケット除去]を使います。
色々とポップアップ説明がでます、斜面を削るので、何とな~く、これかな、と選んだ。
Fusion360は、ポップアップの説明が大抵の所で出てくるので感覚的にわかる事も多く
覚えやすいですね~

該当するエンドミルがリストから探せないのでエンドミルデータを作成します。

工具の設定です。
回転速度は、800rpmに設定。CNC2418では24V 80%Duty駆動になります。
このスピンドルに100%は、無理しているような音なので少し控えます。
切削送り速度は、適当です。少々控えめの設定ですかね。
まあ「遅は速を兼ねる」と言ったところ。

「緩斜面領域を加工する」にチェックを入れます。
緩やかな傾斜を綺麗にするようです。
ポップアップは、マウスポインターを置いてすぐに出てこない時があるので
数秒待つとここにもポップアップ説明がでてきます。絵付きで便利です。
前回は、ここにチェックを入れていないので1mmの階段状になっていたのです。


最小緩斜面切込みピッチ:0.2mm、最大緩斜面切削ピッチ:1mm にしてみます。

設定が終わるとツールパスが表示されます。

シミュレーションします。
動画を撮ってないのでアニメーションGIFを作ってみました。
グーグルフォトでの作成です。
グーグルフォトでは簡単にできるのですが、写真の順番を並べるのに苦労します。
アップロードしたらファイル名が見れないんですね。
仕方ないので1枚ずつ順番にアップロードします、そうするとちゃんと順番に並びます。
無限ループですが。

シミュレーションで「ツールパス」のチェックを外すと
傾斜部が、細かい階段になっているのが確認できます。
このシミュレーションはホント良くできています。
よく見ると下から5段目当たり、階段の幅が変わっています。
最後にわかったのですが、実際に切削したものもこのようになっているのです。

Fusion360でGcodeを吐き出して
GRBLcontrol(Candle)にGcodeを読み込み切削していきます。


こちらもこりずにアニメーションGIFで。少々見難くてスミマセン。
ちょっとうるさいかもですが、写真いっぱい撮ったし、初めてアニメーションGIF作ったので調子に乗って3部作です。
せめてアングルを固定しないと。。。
まあ、動かんより動いた方が良いかなということで。

最後の両側のカットは、このブロック部を取り出す為です。
まだ裏側の加工をしていないので半分の深さまでカットしておきます。
手持ちに長いエンドミルがないのでこの深さが限界です。
Fusion360の図は省略して、GRBLcomtrol(Candle)にGcodeを読み込みます。

0.6mm 先端フラット2フルート・トウモロコシ・エンドミルで切削します。 

エンドミルの有効長さより掘り込んでいたので、少しめり込んでいます。
スピンドル、回転は遅いようですが、トルクはあるようです。
最後は、手動ノコギリで切るか、裏からもある程度、同じ方法で切り込むか。
後で考えます。

切れ目が完了しました。
が、0.2mm位の壁というか(特に右の固定治具と穴の間に薄い壁)が
両側にできているのです。
両方にあるということは、最初の傾斜部の彫り込みの幅が狭かったのか
溝部分の工具径補正が反対なのかなど、いくつか原因が考えられます。
仕上げのクリアランスは0mmにしているはずなのです。
もう一度Fusion360で図面を見ようと思ったらクラッシュしていました。
Fuion360にはクラッシュした時の修復ファイルが生成されるのですが保存に失敗。
結局、原因不明ということに。

別サイドから

傾斜部分の設定による差がよくわかります。
最小緩斜面切込みピッチの設定は、左側:0.2mm、右側:1.0mm
まだヒゲ状のバリは取り去っていません。

バリをカッターで切り落とし、表側は完成です。
この2つ穴が開いた方を使います。
後ほど裏の加工をするのでまだ切断せずにこのままにしておきます。
時間は掛かりましたが、初めて図面通りのものが加工できたのは感動ものです。

緩斜面の階段がシミュレーション通りになっています。
下のシミュレーションと較べてみてもかなり正確です。
特に下から5段目辺りの階段が変則になっている部分。
(真横にすると階段が見えないのでアングルが少し違います)

ただ2つの穴はΦ4にしているのですが、0.05~0.1mm小さい感じです。
先の傾斜部に薄い壁ができていたのと同じ原因だろうか?
まだ何か設定していない所があるのかも。
エンドミルの軸径が1/8inchなので先端もインチかなと、マイクロメーターで測ってみると
公称2.0mmのエンドミルは
軸径:3.173mmで1/8inch
刃径:1.95mm・・・ひょっとして1/13=inchなのか???
Φ4の穴が小さいのはこのためかも?

公称0.6mmのエンドミルは
軸径:3.173mmで1/8inch
刃径:0.58mm・・・単なる誤差か?

なぞの薄壁の厚みは0.27mm。
う~ん、よくわからんのでこの辺にして。

全体のスケッチはこんな感じかな~、絵下手~、立体図は難しい~
下の腕部分はアルミ板が良いかな。
ここも木で作るとまた面白いかも。作りながら考えていきます。

「みら太な日々」さんみたいに、周りも全部Fusion360で描いてしまえば、いいのですが、
仮に描けたとしても、表と裏を同じ図面で別々に加工する術を知りません。
まだ面毎にバラバラな図面でないと加工できないのです。
ボチボチやっていきます。

2017年3月30日木曜日

銀ロウ付け(針金リング)

ちょっと楽しい銀ロウ付けの作業です。
めったにやらないので、まだ下手くそなのです。

何をするかというと、リュックサック(今はバックパックと言うらしい)のファスナーに鍵を付けたいということで、小さなリングを取り付けることにします。
1.5mm程のステンレスの針金でΦ15mm程の輪っかを作って
ファスナーツマミ部に取り付けます。
鍵を付けるので、輪っかが外れないように繋ぎ目を銀ロウ付けして閉じた輪にしたい訳です。


まずは、道具を準備します。
「プリンス ガストーチ GT-3000S」小型のバーナーです。
ガスライター用のブタンガスを充填して使えます。

大きさはこれくらい。
炎の大きさ(写真右の丸いやつの横のスライド)と
混合する空気量(トップのノブ)が調整できます。
赤いスライドは操作ロック用。測ったことないですが1300℃までいけるとのこと。

次は、これ、普通ロウ付けと言ったら銀ロウ棒でやりますが
部位が小さいので粉末のものを使います。
ホームセンターのハンダゴテコーナーでよく見かけます。
「フラックス(液体)」と「銀ロウ粉末」が別々になっていて使う時に混ぜます。
作業温度は650℃とあります。初心者マーク付き。

それからこれは、セラミックボード、耐火作業台です。
この上に試料を載せて作業をします、下への熱を遮断するというもの。
手のひらサイズのものです。
今回は、ファスナーツマミ部を取り外せないので、これは使えません。

ファスナーツマミ部は金属ですが、ファスナー自体は、プラスチックなので
どうしても断熱する必要があります。
この「ブロックヒート(断熱材)」という商品を使います。クリーム状です。
元々は、銀細工の指輪とか作る時に使用するもののようです。
以下、サイトの説明より
 「熱を避けたい部品に3mm以上に塗って使用する練り状の断熱材です。 
  ロウ付けする品物が入り組んでいる時やパーツが多い時、
  また石がはずせない時等に使用します。
  ただし、熱に弱い石(ラピスラズリ、トルコ石)等は不向きです。
  作業後は水洗いだけで落ちる断熱材です。
  使用後は乾燥した表面以外は再度利用できます。」

断熱材ブロックヒートをロウ付け部分の周りに塗り付けます。
粉末の銀ロウと液体のフラックスを混ぜ合わせて接続部に爪楊枝で付けます。
Φ1.5mmのステンレス線を繋ぐ部分なので1~2滴程度の量です。

途中の写真、撮り忘れですが、
こんな感じに周りに熱が伝わらないようにします。
クリップはハンダ付けなどに使うアルミの放熱用です。
クリップの先に断熱材ブロックヒートがついています(薄緑)。
下のアルミ板は周りの布を熱から守るためです。

では、作業開始。
正確には、時間忘れましたが、10~15秒程でしょうか。
フラックスが沸騰して水分が蒸発して、銀色が見えてきたら完了という感じです。

 付きました!

アルミ板とクリップを外して

もう片方もやって、水で洗って、錆止めに少しオイルを付けます。
ようやく最後に全景写真です。2つの「輪っか」が今回付けたものです。
まあまあの出来だと思います。熱の被害はどこにもありません。
ここに鍵を付けます。気休めの鍵でもありますが、有るのと無いのとでは随分違います。
という意味では、ハンダ付けで十分なのだろうか?
目的が「ロウ付け練習」になった作業でした!



2017年3月25日土曜日

小型工作機CNC2418 その4(PCB削り)

HeightMapを使えるようになったので
HeightMap補正でPCB(プリント基板)にパターン作成する実験です。

中華(AliExpress)から購入したベークライト紙エポ片面基板 70 x 100mm。
そのままの状態では、銅面の中央が1mm程度凹んで反っておりかなり歪んでいます。
10枚組を購入しましたが、端面が割れているものもあり、折って割っているのだろうか?
その為、反れが大きいのかもしれない。安いので仕方ない。
それを、このように4点しっかり留めます。

前回作ったリミットSWの
Probeを装着。











範囲:50 x 95mm 5mm間隔のProbingにします。







220pointも測定したので30分強かかりました。
手前、Y軸ゼロ付近のうねりが大きいですね。
原点付近のZ値を見ると、X30 Y0ポイントで0.138mmも浮き上がっています。
Y軸もX0 Y10ポイントで-0.131mmと急激に凹んでいる。
中央付近では-0.255mmもあります。

Heightmap補正なしで0.035mm銅箔を削るのは厳しいです。
まあ、0.3mmの深さで削れば大丈夫でしょうが。
















X軸辺(短辺)側、隙間が見える程、中央が反って浮き上がっています。








Y軸辺(長辺)側、X軸ほどではないですが、隙間が見えます。
ステージそのものが平らなのか確認していませんが。







今度は、エンドミルでHeightMap測定します。
この0.6mm エンドミルを使います。先端はフラットな2フレークFlute。









エンドミルとA5端子を接続し、PCB上の黒点(マジックで印を付けた)の原点に合わせます。












左:エンドミルでのHeightMapの等高線。
右:先程のリミットSWのProbeでのMap。ほぼ同じ結果になりました。
時間かけて多くのポイント測定したので見る分にも綺麗です。























切削とデータ取りに失敗したので、基盤を横向きにしてテスト再開します。
















X軸辺(長辺)側、こんなに浮いています。






Y軸辺(短辺)側は、かなり凹んでいます。
裏からライトで照らしているので隙間から光が漏れています。













先ほどと短辺、長辺の凸凹が逆になっています。
やはり固定の力の掛かり方が悪い為だと考えられます。
範囲:50 x 50mm 5mm間隔で121ポイントのProbingにします。
19分30秒かかりました。





リミットSWのProbe使用











0.6mmエンドミル使用











参考に比較してみました。
リミットSW-Probeでの測定と0.6mmエンドミルでの測定の差(色つけてみました)
リミットSW-Probeは非金属の木や樹脂用とするので十分な精度です。









次に、このPCBをHeightMap有り無しで銅面を切削して比べてみます。
とは言うものの、まだ回路図・パターン図作成ツールのEAGLEなんて使えないのです。
このランドは、Inkscapeで作成し、Gcode変換して作成。
変換のやり方はもちろん「みら太な日々」ブログのここ見て勉強です。
深さは50μmにしています。深さはGcodeをエディタで直接書き換えて設定です。












まず、HeightMapを作成します。(0.6mmエンドミル装着)
範囲は、X0:Y0~X21.990:Y14.980mmまで(原点から対象物の最遠点)
Y軸方向は、5mm移動で0.1mm凹み、縁端では0.3mm近く凹んでいます。
















それでは、最初にHeightmap補正無しで切削してみます。

原点で

 ボタンでZゼロを調整し、[Send]ボタンで切削開始します。



深さは50μmなので、50μm以上凹んでいる所は削られていまません。
赤丸部だけがわずかに削られているのがわかります。
先に測定したHeghtMapデータを見てもこうなる事がうなずけます。












次にHeightMap補正有りで削ります。
右メニューのHeightMapでCreateした後、一旦、[File]-[Save as]で「***.map」で保存します。
右メニューのHeightMapで[Edit mode]ボタンを押し、Create画面から抜けて
[File]-[Open]で目的のGcodeを開き、右メニューのHeightMapで[Open]ボタンを押して
先程保存した「***.map」を開き、「use heightmap」にチェックを入れます。
(面倒ですが、こうやると確実に動くようです)

先ほどHeightMap補正無しで削れなかったので同じ場所を切削します。
左:先ほどと同じ場所を切削中。
中:切削完了。クズも均一です。
右:掃除後。
S500 F100 深さ:0.05mm(2018.2.26追記)







通常、銅箔は35μmのはず(中華製なのでもっと薄いかもしれない)ですが、
深さ50μmの条件で削り残しもなくきれいにランドができています。
切り屑がほぼ均一に広がっているので均等な深さで切削されていると考えられます。
HeightMapを使うことで、かなりの高精度でパターン作成できることがわかりました。

A5端子の接続を忘れると頻繁に行うZゼロ調整でエンドミルを折る可能性が高いですが
モーターの外装(赤丸部)とA5ピンを接続しておけば良いことがわかりました。
銅面はGNDの接続(赤丸部)も忘れないように。




















数十年前は、専用のマジックでパターンを書いて塩化第二鉄溶液で溶かして
基板にパターンを作っていましたが(このブログのタイトルバックのものも)
卓上CNCでパターンが作れるので大変便利な時代になったのを痛感しました。
しか~し、早くEAGLE使えるようにならないと、先へは進めません。