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・レーザー加工機６０４０改造　その１（２０２１．４．２５）

ＬＡＳＥＲＶＥＬＯＣＩＴＹＡＱＬＶ－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

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ＬＡＳＥＲＶＥＬＯＣＩＴＹＡＱＬＶ－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