CNCの自作とCNCで作る工作



CNCフライス盤をレーザーカッターに
スピンドルモーターを上にずらし、その後に半導体レーザーユニットを取り付けました。
スピンドルモーターとレーザーユニットの交換は2~3分で行なえます。
(2017年4月3日・4月29日に追記あり)



これが、改造の元になったミニ・レーザー彫刻機AS-5です。


 中国製の15W半導体レーザーのセットAS-5を購入したが、ワーク範囲が小さく更に付属ソフトが
使い難いので、使い慣れたMach3で動かすようにしました。(現在は無階調の線刻とカットのみに利用限定)


追加回路について
 スピンドルモーターをレーザーユニットに置き換えたので少し制御回路を追加しました。
ArduinoNANO(300円程の互換品)を使い、Z軸の上下方向を指示するDIR信号を利用してレーザーの
ON/OFFを行う簡単な回路をユニバーサル基板に組みました。
 また、使用したレーザーユニットにはTTL入力が付いてるので、ボリュームを使ってPWM制御による
レーザー出力の調節が出来るようにしました。
 それと出力の調節がし易いようにデジタルの電圧電流計(400円程度)を付けました。これにより、
カットする素材や厚みによる出力の調節が電流値を目安として出来るようになりました。

追加回路図


回路の説明
 マイコンArduinoNANOを使った簡単な回路です。このマイコンを使ったのは単に安い事と拡張性が有るからです。
 私のCNCはコントロールソフトにMach3を使用、モーターコントロールボードはパラレルタイプで、このボードでは
Z軸のDIR信号に6番ピンを使ってますが、同じように改造される方は利用ボードの仕様に合わせて下さい。
①モーターコントロールボードからマイコンへはDIR信号をD10へ及び+5VとGNDを接続します。
②レーザーユニットへの配線は+12Vの電源アダプターとPWM CONT信号とGNDを接続します。
 PWM信号はArduinoのアナログ入力(A7)にVR10KΩを分圧した電圧を加え、D3にアナログ入力に応じたPWM信号を
出力します。(ADC出力0~1023値を1/4した0~255値にてPWM(パルス幅変調)を行います)
③任意ですが、電圧電流計を付けるとレーザー出力調節の目安となり便利です。

未だ基板むき出しですが追加回路と下側がデジタル表示のVAメーターです


出来上がったCNCレーザーを使って切り絵のテスト中
黒い針山は百均の猫除けを流用したスノコですが、針の密度を上げるために2枚を等間隔にずらして重ねてます。



出来上がった切り絵ですが細かいところまで綺麗に切れました。


2017年4月8日追記:t2.5 MDF板をカットして小さな箱を作ってみました。

CNCを使った利点は、レーザーユニットが付くZ軸をソフト的に下げれることです。
今回のMDF切断は深さ2.5㎜を1/3ずつ下げながら3回のスキャンでカットしました。



木工ボンドで接着して小さな箱が出来ました。


黒のアクリル板t3.0も6回のスキャンで綺麗にカット出来ました



2017年4月5日追記:AS-5付属ソフトACANでCNCを動かす。

上記の改造で使い道が無くなったAS-5を見つめてたら、USB入力のモータードライブユニットを利用する方法を
思い付きました。その方法はステッピングモータードライバーモジュールA4988をX・Y2個共取り外し、そこから
ステッピングモーター駆動信号(Enable・Dir・Step)をCNCのモーターコントロールボードのパラレルポートへ
直接接続することです。
回路図

AS-5のEnable信号がActive_LOWだったので74HC14を使って反転し、受け側に合わせてActive_HIGHに変換してます。



テスト用にユニバーサル基板にソケット用プラグとICを組み込み、モータードライブユニット
A4988を取り外した後に直接差し込ん使います。(寄せ集め部品で作った試作品です)


テストの結果
レーザー用に改造したCNCに、このソフトを使って濃淡のある画像を描画出来ないかとテストをしたところ
結構使えそうです。しかし、未だソフトに慣れてないので出来上がった作品は順次掲載の予定です。
AS-5のドライバーボードを使ってCNCを動かす「こんなことも出来る」お遊び情報でした。改造は自己責任で!


2017年4月7日追記:レーザー光線の反射光を防ぐ遮蔽パネルを設置

気休め程度ですが、レーザー光線の反射光から皮膚を守るために木製のパネルを追加しました。


両サイドと上面に木製パネルを取り付けました。(上面ははめ込み式)黒い塗装を行う予定。


レーザーユニットにも上部への反射光を軽減するスモークアクリル板を設置しました。



2017年4月29日追記:半導体レーザーのレンズ汚れ防止ノズルを製作

半導体レーザーの焦点距離が18㎜と短くて煙や不純物がレンズに付着してレーザーの出力が落ちます。


その対策としてCO2レーザーのようなノズルをアルミニューム板をCNC加工して作りました。
動作は、エアーポンプで内圧を上げ、煙等の侵入を防ぐと言う簡単な物です。


参考に切削略図を記しました。図面にはサイズを記してませんが、高さ15mm、長幅40mm、短幅19mmです。
ノズル穴は2.5mm、真鍮パイプは外径5㎜の丸棒に3㎜の穴を開け、エポキシ接着剤で固定。
本体のヒートシンクに1.6mmの下穴に2mmのタップを切り、2本のビスで固定してます。(センターの微調整可)


ご注意:半導体レーザーの光線は目や皮膚に有害です。適切な防具で体を守りましょう!

この改造を行うにあたり、友人のHamHam2さんから貴重なノウハウをご教授頂きました。
有難うございました。感謝と御礼を申し上げます。


以上、皆さまのお役に立てれば幸いです。

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