電子オルゴールの製作「ハイケンスのセレナーデ」

 ロジックＩＣでオルゴールを作りました。

選んだ曲は国鉄～JRで車内チャイムとして使用されている「ハイケンスのセレナーデ」の一節です。

演奏には，休符も含めると15拍必要となるため，ステップシーケンサーは4017と74HC595の２段構成としています。

音階データのストレージには，はじめダイオードマトリクスを使おうかと思いましたが，ダイオードの数がやたらと多くなりそうだったので今回はすべてロジックICで構成しました。次はROMを使ってやってみたいところです。

SOTA JA8/SC-065 （上金剛山）アクティベーション

上金剛山　314m 1pt　北海道芦別市

2021/11/15

初夏に十勝連峰で無線をやって以来，緊急事態宣言が出たり仕事が忙しくなったりと，移動運用どころではなくなってしまっているうちに，すっかり秋が終わってしまいました。

ようやく仕事がひと段落ついたので，気晴らしにお手軽サミットから波を出してみることに。

向かったのは芦別市の上金剛山（JA8/SC-065）であります。 ここは昨年も一度来ていて勝手がわかっているつもり。

中華CNCを組み立てた（その４・Zプローブをつける）

プリント基板を切削する精度を上げるため，CNCにZプローブを取り付けることにします。

Zプローブというのは、ツールの先端をワークの表面に位置合わせするための治具です。

導電性のワークとツールの両方に電極をつけて、両方が接触した点をゼロ点として位置合わせします。なのでワークは絶縁体だとダメです。

さて、基板のどこかにそれ用のコネクタがあると思うのだけれど見つかりません。たいていProbeとかシルクが刷ってあるはずなのだけれど。

GRBLの使用を調べるとArduinoのA5ピンにプローブをつなぐことになっているので、最悪基板からパターンを探して取り出せばいいやと思いながらもう一度基板をみたところ、その名もずばり「J-A5」と書いてあるコネクタがありました。

左上のピンヘッダがそれ

そうとわかれば早速部品箱からてきとうなパーツを集めて工作します。

中華CNCを組み立てた（その３・リミットスイッチをつける）

少しずつCNCを育てています。この休みはリミットスイッチをつけることに。

リミットスイッチは、各軸の移動範囲を制限し、サーボモータや機械を保護するために設置します。部品箱に都合よくマイクロスイッチが6個あったのでこれを使います。

ピン配置を調べる

制御基板のコネクタをあたって基板のピン配置を調べます。

ノイズが動作に悪影響を及ぼすようなら、コネクタに５Vが来ているのでこれを使って信号線をプルアップしておくと良いのでしょう。（テスト中は特に変な動作もせず、必要と感じなかったので、以下の作業でプルアップはしていません。）

中華CNCを組み立てた（その２・スピンドルの回転方向を直す）

試しに付属CDに入っていたGコードデータを出力してみます。

ワークにはその辺に転がっていたアクリル板を使用し、テーブルに両面テープで固定しました。

ここで気づきました。スピンドルの回転方向が逆だな・・・

モータにつながるコネクタのピンを入れ替えて修正、もう一度削ってみる。

どうしてサンプルデータはiPhoneなのか

上：正転
下：逆転

下はスピンドルが逆回転（反時計回り）、上はモータの接続を逆転させて正転（時計回り）として削ったもの。彫刻用のV字カッターを使っているので逆回転でも削れてしまうがバリの出方が少し違う。縦線のところで顕著。

プリント基板も削ってみる。厚み（Z）方向の原点調整が難しく、おなじようにやっても銅箔が削れたり残ったりする。ステージと基板の不陸も影響しているのだろう。

刃がちゃんと切れればかなり細いパタンも彫れそう

動くことが分かったので次はリミットスイッチを設置してみます。

中華CNCを組み立てた（その１）

前回からの続き。注文してから2日で届きました。Amazonの倉庫から出荷なので早いですね。

オーダー時に勘違いが一点。コントロールボードの写真にはオフラインコントローラが記載されていましたが、接続ポートがあるという説明のための記載で、実際には同梱されてません。まあいいけど。ちなみにAliexでいろいろ出てます。

休みを使って中華CNCをくみ上げました。

フルメタルなので重い

コントロールボードはむき出しだといろいろあれなので、Thingiverse で適当なケースをダウンロードして３Dプリンタ出力したものを取り付け。

ちょっと余裕がありすぎる

機械にはそれなりの説明書がついているので、組み立てに手間取った点はあまりありませんでしたが、バックラッシュ防止のばね付きナットの組み立てと全ねじのシャフトのねじ込みはちょっと狭くてやりづらかったです。たぶん先にシャフトに真鍮のナットをねじ込んでから、アルミのフレームに真鍮のやつを取り付ければよいのでしょう。ばねももう少し縮めたほうが良かったと思います。でももうめんどうなのでやり直しません。可動部にはグリスを適宜補充しておきます。

コントロールソフトのgrblControlは付属シングルCDについているようですが、ウイルスとかついていたら嫌なのでオリジナルをダウンロードしました。

PCとコントロールボードの接続はUSBケーブルです。USB-シリアル変換チップは中華マイコン製品によくあるCH340です。前に中華Arduinoを使うためにPCにはドライバがインストールしてあったので、特に追加で何かする必要はなし。COM10でシリアルポートとして見えてます。

電源を接続して、grblControl を起動して、設定画面でCOMポートを設定します。

モータ回路の電源をオンにして、マニュアル動作で各軸を移動させてみます。

ああ、X軸が左右逆にうごきますね。モータにつながる結線を逆にするか、ソフトウェアで動作を反転させるか、どっちにしようかな。

ソフト側での設定は忘れると厄介なので結線を変更します。コネクタピンを分解して逆順に付け直してOK。

安定の中華品質

スピンドルの回転速度はスライダを変更しても変わりません。なんでだ。

NCコードを手動で送ることができるので、S0から順に変化させて命令してみたところ、回転音が変化するのはS2, S6, S10のときで、これ以上に大きくしても変化している様子なし。出力電圧が12～24Vで可変できるACアダプタなので、電圧を上げると回転は速くなりますが。（Gコードでのスピードの指定はgrbl の新しいバージョンだとできるようです。今後調査。）

いじっているうちに少しづつ勝手がわかってきました。

以下覚書。

・原点合わせはノブを使って手動でする。

・リミットスイッチがなくステッピングモータを壊しそうなのでつける。

・非常停止スイッチもつける。

・折れたツールやワークが飛んできたら危ないので箱をつくる。

中華CNCをポチリました

緊急事態宣言も解除になって、まあ普段の生活に戻った感の10月ですが、仕事で新しいことを始めたので休みの日も自宅で書き物など忙しくしています。

新しいことと、いうのは担当している工作室にレーザ加工機や３Dプリンタを設置して、ワークショップを開催したり、機器の一般利用を始めたりしたのですが、この機器のなかに３Dモデリングマシン、つまりCNC制御の小型フライスがあります。

主に樹脂や木材を切削して、部品やレジンキャストの原型を作るものですが、電子工作的にはプリント基板の切削加工ができます。

早速、工作教室の教材として基板を作製してみました。狭いパターンも難なく切れます。（CAMはFlatCAMを使っています。）

エンドミルは0.5Φのスクエア（これも中華）

実装しました

高級Lチカ

大規模なものを大量に作るには結構な時間がかかりますが、一枚～数枚の試作ならエッチング無用で、手を汚さずにほかの仕事をしながらパターンと穴あけと外形切断が放置して出来あがるのが素晴らしい。（沢山作るときは、パターンはエッチングでやって、穴あけと外形切断だけやらせるのも良いかなと思っています。位置決めが課題。）

これで自分の工作のプリント基板も作れたらと思っていたのですが、なにせ工作室にいる間は仕事ですから、私的な工作をしているヒマなど当然ありません。

でも仕事でいろいろ作るので、ノウハウ蓄積と工作スキルだけは上がっていくのです・・・仕事で勉強できるのでありがたい話ですｗ

ならばということで、プリント基板を削るためにCNCを一台自宅に導入することにしました。職場にあるのはローランドDGのSRM-20ですが、自宅に置くのはこのような高級機ではなく中華CNC。少し残念。さてどれにしよう。検討要素はつぎのとおり。

①機器設置スペース

自宅の工作室兼無線室にはすでに模型用の塗装ブース、机２つ、棚複数、３Dプリンタ、ボール盤が置いてあるためもう場所がありません。またCNCは切削時に騒音と粉塵が発生するのでできればカバーをつけたいものです。それを考えると、本体サイズが大きいものはできれば避けたいところ。

②ワークサイズ

CNCミリングマシンの諸元で3018とか1310とあるのは、ワークサイズを指す名称のようです。3018は30x18センチ、1310は13x10センチ。プリント基板を削るだけなら私は1310で間に合いそうです。

③どこで買うか

AmazonとAliexpressで検索すると全く同じものが出てきます。Aliexでの販売価格が思ったほど安くないのと、Amazonから買うと不良品や部品不足の対応が良さそうなので、Amazonから買うことにします。

④機種選定

3018タイプ

1310タイプ

結局アマゾンで出てきたこの二つで迷いました。

青いほう　Pro：コントローラとオフラインユニットの出来がよさそう、Z軸を調整するアクセサリがついている　con:私の部屋にはちょっとサイズが大きい、スピンドルユニットを取り付けるパーツがプラスチックに見える（３Dプリンタの出力品？）

赤いほう　Pro:フルメタル、青より一回り小さくて置き場に困らない　con:コントローラとオフラインユニットが貧相

結局赤いほうにしました。コントローラとオフラインユニットは壊れたり、気に入らなかったりしたら、後から好きなのを調達できそうだし。

さて、届きましたら開梱報告をいたします。