Shapeoko3:制御ソフトの覚書、、、じゃなくてShapeoko3とのUSB結線時の注意点

Shapeoko3の制御ソフトは、メーカー提供の専用ソフトとして「Carbide Motion」というのがあるのですが、ちょっとハマりかけたことがあるので覚え書きとして記しておこうと思います。

CNCの世界ではMach3という制御ソフトが長らく世界標準として広まっているらしいのですが、いいかげん古いものらしくてパラレルポートが無いと動作しないとか、USB-パラレルとかPCIパラレル増設とかだとダメで、オンボードのパラレルポートじゃないとしっかり動かないとか、なんかしらの割り込みが入るとダメだとか、なかなか現在の環境では使いづらいものらしいです。

Shapeoko3の「Carbide Motion」はその点Windows10対応ですし、もちろんUSBから制御できますし、ありがたい感じなんですが、どうやら

Shapeoko3に接続するケーブルに、USBハブを間に入れると動かない

らしいのです。

あ、これってCarbide MotionじゃなくてShapeoko3のコントロール基板側の問題か。

なんでわかったかというと、私は制御用パソコンとしてやっすい中華Win10タブレットを使っているのですが、本体にはUSBポートが標準では一つしかなくて、通常は専用のキーボードに取り付けてノートパソコンのように使っているのですが、このキーボードをつなぐと、

• キーボード側の増設USBポートにShapeoko3をつなぐ

　　　→　デバイスマネージャ上では見えているのに、
　　　　　Carbide MotionからShapeoko3に接続できない

• （キーボードをつないだままで）本体側のUSBポートにShapeoko3をつなぐ

　　　→　一拍おきくらいに接続を繰り返してしまい、安定しない
　　　　（なんか取り合いをしてる？）

結果、キーボードを外し、Bluetoothでマウスを接続して使って事なきを得ました。
（※タブレットが不良品でタッチパネルに不具合があるため）

Shapeoko3：吸引力テスト

とりあえずツギハギだらけのダストシューができたので、掃除機(ポンコツ)の吸引力も不安だし、テストしてみることにしました。

……ブログ書きなれてないとついつい写真を取るのを忘れてしまう。

左の写真はテスト後です。

・スカート(※)あり
・スカートなし

で、垂直に切り込み、少し横にずらす動作をマニュアルで行って切り屑の飛び散り方なんかを見てみました。



※スカート：写真中央下のスポンジをドーナツ状に切り出し、中央にエンドミルが通るようにしたもの

ダストシューの最下部の薄べったいところは空洞になっていて、横方向から吸い出す感じです。

結果、スカートありなら全く切り屑は確認できませんでした。スカートなしだと、水平方向に高速ではじき出される切り屑が吸い込めない感じでした。つまり部材にスカートを押し付けるように切削していかないとダメということがわかりました。

スポンジの下面ツラにエンドミルの先端が来るようにすればいいのではないかと思ってましたが、少しエンドミル先端が見えない方向になっていないとダメのようですね。

上の試作ダストシューは、

• 工具の付替えが大変
• エンドミル先端の位置調整（ゼロあわせ）することができない（致命的）

のため、再設計することになります。

Shapeoko3:エンクロージャーからの吸出し口

遅々として進まないShapeoko3の準備ですが、ダストシューと排出チューブを接続する部分の設計は、ほぼ決定稿といえるものができました。

ダストシュー完成イメージ
高さ方向の調整ができないと使いものにならないということがわかってきた
左側の筒部分が排出チューブ接続部だけど上記の決定稿ではない

ただ、いきあたりばったりで設計してプリントしててもダメだなあ、というのは（今頃になって）実感しています。

そのいきあたりばったりの一つで作ったのが、エンクロージャーからの排出チューブの取り出し口。なんとなく作ってみたものの組み立ててみると色々ダメなところが判明しました。

エンクロージャーは木の枠組みの天面、側面に、木のフレームに厚手のビニールを貼ったものを使っているんですが、排出チューブをどこかに通さないとだめなわけです。
作業領域は垂直方向よりも水平方向（XY面）の移動量が大きいので、排出チューブはXY作業領域のほぼ中央の上部から引き出してやれば自然にひきだせるかな、と考えました。

そこで左の図ののように、シートを上下から挟む形の排出チューブホルダを作りました。ところが

1. 思ったよりもビニールがたわむ
2. 同一面のホルダ固定にボルトーナットを使う設計をしたが、作業性が悪すぎる
3. 内側、外側のホルダの締結にボルトーナットを使う設計をしたが、作業性が悪すぎる
4. チューブがある程度動けるようにとホルダ径をチューブ径に対して余裕をもたせたが、チューブの蛇腹が引っかかる要因になってしまっている（ようだ）

１は、ビニールがたわんで作業がままならなかったため、ホルダを両面テープでビニールに貼り付けてから締結するという形でなんとか対応。
２はボルトを軸として、ホットボンドで固定してしまいました。
３はボルトをビス（ネジ）に置き換え、内側のナットをホットボンドで固定して外側からネジ締めすることで対応しました。
４は…未対応。実際に動かしてみて問題点が出たら考えることにします。

shapeoko3:ダストシューをどうしよう

そういうわけでダストシューを用意することにしました。まずは下調べ。
既成品もありましたが、

• 北米にしか売ってない
• そもそもDewaltばっかでMakita対応がほとんどない
• 高い

一例。でも参考にさせていただこう

ということでやはり自作か。
またwikiを頼るわけですが、みなさん色々と試行錯誤しながら作られているご様子。
でもやっぱりDewalt優勢

で、CNCフライスであるShapeoko3自身でダストシューを作られている例も多々あったのですが、まあ本末転倒（それを作るのだけを我慢してなんとかする手もないわけではない）。
そもそも制作用の部品の入手について、エンクロージャー作成時にも感じていましたが、ホームセンターと通販でなんとかするのは効率が悪いな、と。
これを一挙に解決する手段として、３Dプリンタの導入を検討することにしました
（大いに自分に言い訳している感は否めません）。

とはいえオカネナーイなので、いわゆる激安プリンタを探すしかありません。

• 価格上限はフィラメント込み3万まで
• とにかく筐体剛性が高いこと(これでイタイ目を見たこと有り)
• PLAでもいいけど、(使ったことのある)ABSが使えたほうがいいな

というわけでamazonやらAliexpressやらを探したのですが、結果2点に絞られました。

GEEETECH 3Dプリンター Prusa I3 Pro B　11/24現在　19,999円(送料込)
Comgrow Ender-3X　11/24現在　24,500円（送料込）

Prusa I3 の方が安いし、できることも多い感じだし、細密な造形ができそうなんですよ。
しかも組み立てをスゴイ細かに描いてくださっているサイトも見つけました。

マーティの工房日誌　様

スゴイ詳細なんですよ。スゴイ詳細で……これは自分にはハードル高いな、と。
というかハードウェアいじり自体を楽しめる(不具合も楽しめる)気概がないとつらそうだな、と思ってしまいました。できれば自分はその先で楽しみたい。いや違う使っていきたい。

というわけでEnder-3(x)をポチりました。中国製だけど倉庫は国内なのであっちゅうまに届き、早速組み立て。結果的に言うと同梱されていたペラ紙(でもカラー)と、USBメモリ内にあった組み立て説明書(結局ちら見だけで読んでない)で問題なく組み立てられたはずなのですが、以下のYoutube動画を見ながら組み立てていきました。大感謝。

激安３Dプリンタを組み立てる（組み立て編）
激安３Dプリンタを組み立てる（調整編）

ハマったところとしては、この動画内でもありますが、既に組み付けられていたテーブルのY軸がなめらかに動作しないこと。他に、X軸がなめらかに動作しないこと、Z軸がなめらかに動作しないこと。

なんだみんななめらかに動作せえへんやん！

上記の動画内ではY軸について、固定しているネジを一旦緩めて締め直したらスムーズに動くようになった、と説明されていますが、実際はテーブルを固定している4本のネジの内2本が偏心ナットというやつで、これでテーブルとガイドレールの調整をしているのでそれらを適切に調整することでなめらかに動くようになります。それを理解しないで緩めただけでは解決しないので注意が必要です。自分も事前にShapeoko3で知らなかったらヤバかった。

X軸に関しても場所は違いますが要領は同じで偏心ナットの調整です。
Z軸に関しては難儀しましたが、一旦Z軸になっているネジロッドとZ軸用ステッピングモーターの結合部のネジをゆるめ、X軸とZ軸の結合部にある、メス側のネジ受けを固定するネジを若干緩めて遊びを作ることで対応できました（この後前述の結合部のネジはしっかり締めました）。ここを締めすぎると長いZ移動のどこかでトルク不足に陥って止まってしまいます。でも使ってたら段々緩んできそうで気が抜けぬ。

元データ

Z軸調整前

Z軸調整後
明らかに反ってますがそのあたりの苦闘は別の回で

それと、メーカーは「仕様」と言い張っていますが、スライサ側からGコードでテーブルとノズルの温度設定を投げているはずなのに、ノズルの方だけ反映されない（0度のまま）ということ。こちらはGコード実行開始『後』、プリンタのコントロールパネルからノズルの温度を設定してやると動き出すことで対処しました。
なんつーか、制御ソフトは色々とありそう。どうやらどこかにソースが公開されているらしいんだけど、ブートローダーがないとかなんとかちょっとめんどくさそうなのでそのうちやれたらやるリストに入れました。

でも色々苦労しました（してます）が、段々出力品質が上がっていくのはちょっと楽しいと思いました。

激安プリンタなのにネジ印刷できるんですよ！
すごくないすか！？（Fusion360もスゴイ）

Shapeoko3:エンクロージャーの作成

さて、前回Shapeoko3の初めての切削として捨て板の加工を行ったわけですが、薄々気づいてはいたものの……

とにかく切削くずがスゴイ！

ということがはっきりわかりました。一応ダンボールで周囲に仕切りをつくったりくらいはしたのですが、部屋の中がとんでもないことになりました。制御用のパソコンは、とりあえずメインで使っているデスクトップを使ったのですが細かな削りカス（というか木の粉末）が降り積もり、掃除しないと電源をいれるのも怖いようなありさまに……。

ルーターなんかは元々木を削りまくるような使い方をするわけだし多分ちょっとやそっとじゃ問題はないと思うのですが、shapeoko3の制御基板や電源なんかもスゴイことになりました。
これは本気で対策しないと好き放題切削できない！と思ったのでまずはエンクロージャー（全体を覆うケース）で対策をしてみることに。

というわけで、まずはエンクロージャーを早速Fusion360で設計してみました。

こんな感じ
中のShapeoko3はwikiにリンクがあったデータだけど
ちょっと古いみたいで細かな違いがたくさんあります

安いベニヤ板をベースに、安い2x4材を使って作りました。結果、スゴイ重い……ちょっと頑丈に作りすぎました。3x4材くらいで柱は組めばよかった。

あとは面のところに透明なビニール袋でも張って完成！、と思ったのですが……
とりあえず完成後にテスト切削してみると、この領域の外にはゴミが出ないものの、中のゴミはスゴイことになり(あたりまえ)、頻繁に掃除が必要そう。さらに各軸を駆動するためのレールやベルトもゴミがスゴイことになってしまいました。これはマズイ。

ということですべての面はビニールを両面テープで貼り付けるという手抜き処理ではなく、取外し可能なフレーム(木製)にビニールを張る形になりました。枠とメインフレームの間は、結露防止用のクッションテープを押し付けることで気密をとりました。フロントは天面とあわせて「パカッ」と開く形のカッコイイ扉にしたかったのですが、蝶番の部分の強度をどうやってとったらいいかわからなくて、結局別の面と同様にはめ込み式です。

いずれにせよ、ダストブーツなる、切削箇所からすぐ掃除機で吸い取ってしまうための吸込口も作る必要があるという結論に達しました。先は長い。

Shapeoko3:捨て板(wasteboard)の加工

Shapeoko3は加工のフィールドがMDF製の板になってます。

これ、切り込みすぎてダメにしちゃったら怖いなあ、とも思いましたが、金属製なんかで同様に切り込みすぎちゃったらどこを壊しちゃうかもわからない(ルーターとかフレーム本体に損傷が行くかも)しれないし、調べてみたら国内でもMDFの板自体は割と安価で入手可能みたいなのでこれで正しいのでした。

3/4inch =約19mm
MDF 21mm

さらに、Shapeoko3自体で加工物固定用の穴加工できちゃったりするわけです。すばらしい。これは一例として公式でも紹介されています。

DIY Shapeoko Wasteboard

公式より

Shapeoko 3 - Hello World とか　Carbide-Motion(メーカー製コントロールソフト)で組み立て後の動作確認が済んだら、まずこれをやろう、ということになりました。

上記の公式サイトに切削用のGcodeもあるし、あまりひっかかる部分はないと思うのですが、使用する部品で一個知らなかったのが

• Threaded inserts (EZ-LOK 800610-13)

というもの。日本語名ではオニメナット（鬼目ナット）というらしいですが、日本国内だと巨大ホームセンターには置いてあるかな？というくらいのものらしく、あっても4個で200円弱(上記捨て板の加工には48個必要)と、オカネナイ自分には結構痛い出費。結論としては、amazonにありました。

亜鉛合金 埋め込みナット M6x13mm 30個

自分が注文したときにはコレの50個入りが488円(送料込み)であったんですけど、ページがなくなってます。品質は、2/48で不具合があったので推して知るべしという感じです。でもとてもとても安いので助かりました。シリーズには炭素鋼製とかもあるのでこっちを使うべきかもしれません。

Shapeoko3の組み立てと注意点

そしてShapeoko3は半月ちょいかかって我が家に到着しました。

組み立てについては、確認用パーツリストと組み立てガイドを作ってみました。一所懸命作りましたので、これが国内のShapeoko３の導入の敷居を下げる一助になれば幸いです。

Shapeoko3組み立てガイド日本語版

組み立て前に、自分のハマった注意点をいくつかお話しておきます。

• 梱包箱は重くてデカイです（上面65x82、厚さ25cmで上面が開きます）。パーツ置きと組み立て場所が必要ですからその２倍以上の面積を確保しておく必要があります。
• ほとんどの組み立て用工具はセット内に入っています。
• いわゆる「ルーター」部分はセットに入っていません。自分はこれに全く気づかず、高い費用と時間をかけて別便で輸入するはめになりました。ちなみにDewaltとMakitaのルーターが取り付けられますが、どちらも日本には(普通は)売っていません。また、日本の工具類はメートル単位系ですが、北米はインチ系であり、国内で入手できるエンドミルを使うためにはΦ6のコレットチャックは少なくとも入手する必要があります。これは国内のマキタで補修用パーツとして購入することが可能です。

運用に関しては別にまとめようと思います。

ふう疲れた。