CNCを自作しよう！（その４）
部品の選定と調達先
さて、外形も決まった事だし、部品を選定していこうかな？
取りあえず比較的安い（？）サイトを発掘してみる。
まずはフレームから
角アルミフレーム
MiSUMi-VONA
ネジは「ボールねじ」は高すぎるので「台形ねじ」を使用します。
台形ねじ
TSK
ガイドは「リニアガイド」は高すぎるので「リニアシャフト」を使用します。
リニアシャフト
TSK
「リニアシャフト」とセットで使用する「スライドユニット」は、
スライドユニット
モノタロウ
カップリングも
カプリコン
モノタロウ
ステッピングモータ
せんごくネット通販のＲＯＢ－１０８４６
Strawberry Linuxの57mm 大型ステッピングモータ
秋月電子
辺りでしょうか？
ブラシレスモータ(スピンドル用)
……まだ決めてません。
電源
古いデスクトップPCの電源を流用する予定。
制御回路
自作(ここが意外とお金が掛かる予感！！！)
制御ソフト
モデリング ⇒ フリーのCADとかを使う。
Gコードで実際にCNCを制御するソフト ⇒ 自作するつもり
辺りでしょうか？（他にも色々とあるので調べてみた方が良いと思います。）
Questions
1.「ボールねじ」と「台形ねじ」違い
基本的に「ボールねじ」の方が精度が高いようですが、桁違いに高いです。
「KitMill RD300/420」などでも標準では「台形ねじ」を使っているようなので、おそらく大丈夫でしょう。
（当然同じ台形ねじではないでしょうけど、、、）
参考価格：
TSKで調べた価格です。
ボールねじ 直径14mm 長さ500mm 辺り 22,900円 程度（たぶん直径14mm以下は無かった）
一方今回使おうと思っている台形ねじは
台形ねじ 直径14mm 長さ500mm 辺り 3,720円 程度
案内精度：ボールねじ＞ 台形ねじ
価格：ボールねじ＞＞台形ねじ
2.「リニアガイド」と「リニアシャフト」の違い。
参考：Yahoo!知恵袋「リニアガイドとリニアシャフトはどう使い分けますか？」
当然こちらも値段が桁違いに違う訳ですが、そもそも根本的な違いは、
リニアガイドは荷重を直下で支持できるのに対して、
リニアシャフトは両端の二点でしか支えられない事でしょう。
同然、大きな荷重が掛かった時にリニアガイドでは変形が小さく抑えられるため、精度は向上します。
ただし、とても高いです。
しかし、リニアガイドはYahoo!オークションで中古品が大体半額くらいで購入する事ができるので、
全体的な費用で言えばリニアシャフトより少し(1～2割)高い程度で済むのではないかと思います。
（全体的な費用、と言うのは、リニアシャフトの場合、シャフトとスライドユニットが別売だからです。
リニアレールの場合、一般的にセットで販売されます。）
Yahoo!オークションで検索する場合は、「リニア ガイド」とか「LMガイド」で検索します。
案内精度：リニアガイド＞＝リニアシャフト
荷重耐性：リニアガイド＞ リニアシャフト
価格：リニアガイド＞＞リニアシャフト
オークション価格：リニアガイド＞ リニアシャフト
3.スライドユニット
参考：NC network「無給油ブッシュについて」
「ボールベアリング」か「ドライベアリング（無給油ブッシュ）」か？
基本的にボールベアリングの方が高価です。
が……しかし、ドライベアリングはユニット化していないものが多く、ネジで取り付けできません。
（ユニット化している物もありますが、ボールベアリングと同じくらいの値段になります。）
、、、という訳で、今回はボールベアリングで行きます。
最高回転数： ベアリング ＜ 無給油ブッシュ（ベアリングの転動体の遠心力が影響）
摩擦の大きさ： ベアリング ＜ 無給油ブッシュ
価格： ベアリング ＞ 無給油ブッシュ
案内精度： ベアリング ＞ 無給油ブッシュ
寿命： ベアリング ＞ 無給油ブッシュ
荷重耐性： ベアリング ＜ 無給油ブッシュ？？？？？（もう一度調べ直した方が良さそう……）
4.カップリングの取り付けについて、
参考：Simple CNC「カップリングについて」
カップリングとは、台形ねじとステッピングモータを接続する部分の部品になるのですが、
少し遊びを入れて接続しなくてはいけないようです。
CNCで削っているとステッピングモータが（場合によってはかなり）加熱され、
その熱でステッピングモータとその周辺が膨張します。
もしここでステッピングモータと台形ねじの間に、軸方向に遊びが無いと、
膨張した部品が台形ねじを押し付けるため、精度に問題が出ます。
単にステッピングモータと台形ねじを接続するためだけにカップリングを使用する訳ではなく、
この遊びを作るためにも使われるので、カップリングを取り付ける場合、軸方向に遊びを設ける
必要があります。
5.ステッピングモータの選定。
参考1：メカトロアイデア「ユニポーラ駆動とバイポーラ駆動」
参考2：TekuRobo工作室「１５．PCD4511パルスモータ制御テストボード（バイポーラ）」
ステッピングモータについて分からない方は上記の（特に参考1の方の）サイトを
一読される事をお勧めします。
簡単に説明すれば、
「バイポーラ駆動は低速トルクが大きく、ユニポーラ駆動は高速トルクが大きい。」
（参考1から引用）
らしいです。(正確には引用元の説明を一読していただければ分かるかと、、、)
200ステップと400ステップのステッピングモータがありますが、
400のステップの方が、制御できる分解能が倍に上がるので、
取りあえず400ステップにしておきます。
(制御できる分解能が上がるだけで実際の精度が倍になる保障はありませんが。)
ところで、
モノファイラ巻線とか、バイファイラ巻線とか、
ユニポーラ駆動とか、バイポーラ駆動とか、
非常にややこしいい単語がたくさん出てきますが、
今回は、
モノファイラ巻線 の バイポーラ駆動 で行きたいと思います。
制御方法はマイクロステップ駆動を目指します。
そういえば両側に軸のついたステッピングモータを使って手動で送る事の出来る
タイプのCNCをよく見かけますが、今回は見送ります。
理由は単純に両側に軸のついたステッピングモータが割高だからです。
逆に台形ねじの方のシャフトを伸ばして取っ手を取り付ける方法も考えられますが、
あらぬ負荷が加わりそうなのでこちらもパスです。
取りあえずソフト的にPCからいじれるようにはしたいですね。
6.スピンドルについて
スピンドル(要はCNCのドリル部分ですが、)はブラシレスモータで行きたいと思います。
理由は二つほどあって、
1.ブラシ付きモータはブラシが摩耗する。
まあ、当然の理由ですね……。が、むしろ問題なのは2.の方で、
2.ブラシ付きモータは起電力を物凄く食う。
(場合によっては電源を別にしなければいけないほどらしいです。)
これまたYahoo!知恵袋などで指摘されています。
3.減速のためにプーリーやギアを噛ませるのは手間
流石に電源を別にするのは面倒なので、ブラシ付きモータは却下です。
ただし、ブラシレスモータの場合は直流を流しただけでは当然回転してくれないので、
専用の駆動回路が必要になります。
またベアリング部にはアンギュラベアリングを使うのがいいようです。
アンギュラベアリングとはベアリングの内部に角度がつけてあり、
その角度のおかげで軸に対して垂直方向に対する荷重に強くなっています。
Yahoo!知恵袋からの引用
＞スラスト軸受は 軸方向の力を受けるためのモノ
＞ラジアル軸受は 軸方向に対して垂直の力を受けるためのモノ
＞また、その両方の力を受けるためのアンギュラ軸受があります。
また、アンギュラベアリングの図は「忘れたらアカン、ものづくり」辺りが分かり易いです。
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