守谷工房のMachineへ                守谷工房Topへ

レーザー加工機6040改造 その1(2021.4.25)


LASER VELOCITY AQLV-400の整備が完了し、本来の目的である
こちらCHINA製6040レーザー加工機の改造を始めることができます。
「6040」とは加工テーブルのサイズが600mm×400mmであること
からそう呼ばれています。AQLV-400が完全に稼働しないことには、
まず6040改造用の部品を製作できません。さらに、先に分解を始めて
しまうと、急なお仕事に対応できませんでした。2014年の導入以来
7年間、工房の主力マシンとして働き(稼ぎ?)続けてきた6040を、
これでようやくチューニングアップ&リフレッシュすることができます。

 

振り返ってみれば、何でここまでチープな製品が出回るのかと思うほどです。
X・Y・Z軸とも駆動系に使用されているお粗末な機械部品、ミラーやマウント
など光学系の部品、いずれも安価で低精度のものです。しかし、購入当時に
製品を見分ける能力が自分に無かっただけであり、より高い加工精度の
必要性を感ずるようになったのは最近のことです。むしろこの安価な1台で
これまで実にいろいろなものを作ってきたなぁと、愛着が湧いてきます。

 

6040を改造してでも使い続けたい理由は、
その金属製筐体の頑丈さ(剛性)です。

 

精密加工機械の土台は剛性に富んだ筐体です・・が、
このバカでかい鋼板製ボックスなど処分不可能ですし。

 

改造を加えるのは主に駆動系と光学系で、
制御系やレーザー管は再利用します。

 

制御回路とのケーブル配線や
エアポンプの配管を全て外します。

 

駆動系の固定ネジを緩めます。以前に
X・Y軸の歪みを修正する際に経験しています。

 

奥側の固定ネジはテーブルの下にレンチを入れて
緩めます。テーブルの昇降機構(Z軸)が見えます。

 

X・Y軸の駆動系を持ち上げます。アルミ製
ベースフレームに組付けられています。

 

ベースフレームごと駆動系や光学系の
一切合切を引き出すことができます。

 

さらにハニカム製ワークテーブルを取り外します。
グラグラするので以前にワイヤー固定していました。

 

ワークテーブルのリフター金具が樹脂製の昇降ナットに
直付けで、水平方向にグラグラ(<ふらふら)しています。

 

アルミチャンネルを渡したので水平方向にはいくらかマシ
でしたが。取り合えず内部に落ちた切り屑を掃除します。

 

今回は前後方向にも補強板を取り付けます。
5mm厚のアクリル板をスクリュー間に渡します。

 

同じ補強材を左右
ともに取り付けます。

 

一見弱々しい補強に見えますが、金属用接着剤を用いて
リフター金具に固定したところかなりの剛性が出ています。

 

本体から取り出したベースフレームです。改造を要する駆動系・光学系
とも全てフレーム上に組付けられているので、本体の外で必要な改造を
加え、作業が全て完了してからフレームごと本体に戻すことができます。

 

フレームを工作台(手術台?)の上に載せます。
しばらくの間、工作台上を占拠しそうです。

 

レーザーヘッドを取り付けるプレートはペラペラです。移動
ベッドも樹脂製ローラーが前後でレールを挟むだけです。

 

X軸のレールを外します。エアチューブやLED
ポインタの配線を置くトレイも一緒に固定されています。

 

反対側には、X軸駆動用ステッピング
モータのマウントが一緒に固定されています。

 

モーターマウントの一部が、Y軸駆動用の
ゴムベルトにネジ固定されています。

 

Y軸は本体左右2本のゴムベルトで駆動されます。右側の
ガイドは樹脂製プーリがフレーム内を往復するだけです。

 

それでも左側のガイドにはまぁまぁの
12mm径リニアシャフトが使われています。

 

モーターマウント内に57mm長のリニアブッシュが組み込ま
れています。が、全体的なガタが大きく生かされていません

 

改造の基本は、まずX・Y軸駆動系を
リニアレールとブロックに置き換えることです。

 
 
元のベースフレームを再利用し、X軸には
2020のアルミプロファイルを使用します。

 

リニアレールはX軸用に750mm、Y軸用に450mmのものを用意しました。
ワークエリア600mm×400mmに対してかなり余裕を見込んであります。
以前にも3Dプリンター用に購入した実績もあるので、相変わらず中国製の
格安品です。AQLV-400の整備に取りかかる前に到着していました。
ベースフレームの上に仮置きしてみます。アルミプロファイルも含めて丁度
良いサイズで、長過ぎて鋼鉄を切断する羽目にはならなくて済みそうです。

 

最初に、Y軸用スライドブロックにX軸用
アルミプロファイルを固定する部品を作ります。

 

AQLV-400で5mm厚
アクリル材を切り出します。

 

スライドブロックに固定するための
20mm間隔の穴(径3mm)です。

 

トラスネジの頭を埋めるため
リーマーで溝を掘ります。

 

ネジ穴の位置が正確に一致します。
AQLV-400の調整は問題ありません。

 

横に伸びた腕部分がX軸アルミプロファイルを支えます。
M4ネジが2個の穴を通りTスロットナットで固定されます。

 

リニアレールのベースフレームへの固定方法ですが、
本来ならばレールに開いた穴を通してネジ固定でしょう。

 

しかし、ベースフレームにもネジ穴を開け
なければならず、しかも高い精度が必要です。

 

レーザーヘッドが移動するだけなので、
大して外力は加わらないはずです。

 

「大丈夫か?」というような固定方法を採ります。正確な
位置に取り付けることを優先し、両面テープを使用します。

 

しかも、レールがぐらつかないよう
一般用の薄手テープを用います。

 

取付位置を正確に割り出すため、ベースフレームの
内側に位置決め用の木片を2カ所取り付けます。

 

木片に密着するようレールを貼り付ければ
ベースフレームの端に正確に揃います。

 

貼り付け前に金属面をアセトンで洗浄してあります。
接合面積があるのでテープとはいえ強烈に固定されます。

 

プロファイルのスロット内にTナットを
入れ、2本のネジで固定します。

 

作業が順調に進み、X軸・Y軸とも
駆動レールが固定されました。

 

アルミプロファイルを手で前後させると、想像をはるかに超える軽さです。
X軸の左右どちらかの端に力を加えても、つかえる(引っ掛かる)ことなく
全体がスゥーっと移動します。正にリニアレールとブロックの威力です。

 

ここで早くも設計を変更します。5mm厚アクリル材では
X軸のアルミプロファイルが僅かにぐらつきます。

 

同じく5mm厚のアルミ板に交換します。
形状は長方形のままで問題ありません。

 

幅は元のアクリル製部品と同じ35mm
です。長さも同じサイズに切断します。

 

ネジ穴の位置にセンターポンチを
打ち、ボール盤で正確に穴開けします。

 

当て板をしなかったので穴の
周囲にバリが出ています。

 

汚れ落としも兼ねて表面を
裏表とも研磨します。

 

トラスネジの頭を埋めるため、
リーマでネジ穴の周囲を彫ります。

 

ネジの頭が完全に
隠れることを確認します。

 

あらためて左右のスライド
ブロックにネジ固定します。

 

やはりアクリル材とは質感が明らかに
異なります。ガタもぐらつきも感じられません。

 

アルミプロファイルの下面に
Tナットを用いて固定します。

 

左右とも固定し終わると、X軸のアルミプロファイルを
ねじろうとしても微動だにしません。十分な剛性です。

 

面倒な段階に入っていきます。X軸駆動用
ステッピングモータのマウントを製作します。

 

X軸にモータを固定すると同時に、X・Y両軸の
リミットセンサーも取り付けなければなりませn。

 

最初に設計した暫定案です。
モータをX軸に固定するだけです。

 

AQLV-400の調子が良く、
ネジ穴がピタリと一致します。

 

X軸にY軸方向の駆動力を伝えるため、
Y軸ベルトに固定する部分を追加します。

 

この設計ではモータの取り付け位置が高くなり、
第1・第2ミラー間でレーザービームに干渉します。

 

モータの取り付け位置を低く変更します。
ベルト固定部のデザインも簡単にしました。

 

AQLV-400の調子が良いので
部品の作り直しが苦になりません。

 

M4ネジを入れTスロットナットを
途中までねじ込んでおきます。
 

X軸アルミプロファイルの
側面溝に取り付けます。

 

アルミ板には及びませんが、5mm厚アクリル板の強度は
なかなかのもので実用上十分な剛性も得られます。CADと
レーザー加工により自在形状に切り出せることが何よりです。

 

Y軸方向のリミットセンサーを取り付けるため
再び設計を変更します。下端に突起も追加します。
 

5mmのスリーブを介して
センサー基板をネジ固定します。

 

リミットセンサーにはスリットタイプの
フォトセンサーが使われています。

 

ベースフレームに元から金属製のプレートが
取り付けられています。そのまま再利用します。
 

CAD上で位置関係を割り出しているので
大きくずれることはないはずですが・・

 

X軸を原点まで移動させると、プレートが
センサーのスリットに正確に嵌まります。

 

モータマウントの反対側に、第2ミラーを
固定するミラーマウントを取り付けます。

 

2枚のアクリル製部品を直角に組み合わせます。
そのため接合面を正確な直角に修正します。

 

ガラス板の上でマスキングテープで
固定しながら仮組みします。

 

接着部分にスコヤを当て、直角を
保った状態で接着剤を入れます。

 

部品が正確かつ美しく切り出されて
いるので、組み立て作業が楽しみです。

 

X軸アルミプロファイルに取り付けてみます。
やはりミラーのマウント部分がぐらぐらします。

 

問題が発覚する度に、即設計を
変更し部品を作り直します。

 

ミラーマウントの高さ調整も兼ねてアクリル板を
2枚重ねとし、筋交い状の補強板も追加します。

 

ガラス板の平面上で正確に
接着、組み立てます。

 

これはまだ設計変更の途中
段階での組み立ての様子です。

 

精密で美しい部品が次々と出来上がってくると面白くて仕方が
ありません。しかし、いくら美しくともその機能が不十分では意味が
ありません。ミラーマウントはまだ改良が必要になりそうです。

 

モータマウントおよびミラーマウントと
Y軸ベルトとの固定方法を考えます。

 

反対側のX軸プロファイル端と
Y軸ベルトとの固定部分です。

 

現状はアルミプロファイルからアームが延びて
いるだけで、ベルトとの固定方法がありません。

 

Y軸ベルトとアームを連結する
補助プレートを切り出します。

 

アームの先端に突起を追加することで
補助プレートを差し込めるようにします。

 

補助プレートの先端にY軸
ベルトがネジ固定されます。

 

Y軸ベルトは、X軸の左右両端に1本ずつ、計2本取り付けられており、1個の
ステッピングモータで同時に駆動されます。両端で各ベルトに連結されると、
X軸はもはやガタとは無縁の高精度な駆動系を構成します。分解前のリニア
ブッシュと樹脂製ローラーによる貧弱な駆動系とは、既に比較になりません

レーザー加工機6040改造 その2へ


 

守谷工房のMachineへ                守谷工房Topへ