自作ユニバーサルCNCマシン - 完全DIYガイド

必要な部品と材料

部品	数量
DFRobot ステッピングモーター NEMA 17	3
DFRobot ホーミング用マイクロスイッチ	3
DFRobot 5-8mm カプラ	1
プーリーとタイミングベルト	1式
ベアリング 8-16mm	10
Vスロットホイール	3
500mm 2020 アルミ押出材（Vスロット）	1
Arduino UNO	1
GRBL CNCシールド	1
DRV8825 ステッピングモータードライバ（Thereminoシステム用）	3

必要な工具と機器

• 3Dプリンター（汎用）
• はんだごて（汎用）

使用するアプリとオンラインサービス

• Autodesk Fusion 360
• Arduino IDE
• GRBL ファームウェア
• Inkscape

このプロジェクトについて

目的

真剣なメイカーとして、私はすでに2台の3DプリンターとCNCルーターを持っています。でもレーザー彫刻機やPCBフライス盤が欲しくなったら？そこで、様々なアタッチメントを取り付けられ、G-codeというシンプルなインターフェースで制御できる、安価なユニバーサルCNCマシンを自作することにしました。

デモ

（動画デモは元記事参照）

設計

最初は無限Y軸移動が可能なフリーホイール式マシンを考案しましたが、煩雑で精度が出ませんでした。

そこでVスロットレールとホイールを採用することにしました。Fusion 360でX軸とZ軸のパーツを含む全体を設計しました。

ベッド（Y軸）の製作

ベッド（Y軸）は、500mmまたは800mmのVスロットレール2本を平行に配置した構造です。4つのプラスチックパーツに各2個ずつホイールを備え、ベッドがレール上をスムーズに移動できるようにしています。また、ベッド下部にタイミングベルトを張り、Y軸ステッピングモーターの回転でベルトが動くようにしています。

X軸の製作

X軸は1本のレールと、4つのホイールを備えた3Dプリントパーツで構成します。タイミングベルトがプラスチックパーツの側面にはまり、左右に駆動します。

Z軸の製作

Z軸はプーリーシステムを採用。ステッピングモーターの回転でZブロックが上下します。

電子回路

電子回路はシンプルです。ロジック用にArduino Uno、ステッピングモータードライバ用にDRV8825を3個、Arduino GRBL CNCシールド、ホーミング用リミットスイッチ3個を使用します。ステッピングドライバを挿し、電流制限ポテンショメータを12V 6A電源に合わせて調整します。リミットスイッチをシールドにはんだ付けし、COMをGND、NO（常開）を対応するピンに接続します。なお、Z軸のリミットピンはD11ではなくD12になっていますので注意してください。

ソフトウェア

Arduino IDEのサンプルスケッチを使ってGRBLファームウェアをUnoに書き込みます。その後、Universal G-Code Sender（https://github.com/winder/Universal-G-Code-Sender）をダウンロードします。これにより、CNCマシンにコマンドやG-codeファイルを簡単に送信できます。

使い方

まずマシンをキャリブレーションします。デフォルトは200ステップ/mmですが、実際は異なります。マシンを5mm動かしてみて、実際の移動距離を測ります。5 × 200 ÷ 実際の移動距離 = 新しいステップ/mmです。例：X軸で1mm動かすのに161ステップかかったなら、$100=161.000と設定します。その後、Fusion 360やInkscapeで設計し、ツールパスを生成して切削、彫刻、描画などを行います。

Banggood.com パーツリンク：

• 100ml プラスチック使い捨て滅菌シリンジ -- https://goo.gl/vHxWKm
• 800mm 2020 Tスロット アルミプロファイル -- https://goo.gl/g8ns5U
• TEVO® 5個セット POM製大型プーリー -- https://goo.gl/DxMczs
• 4個セット 5mm×8mm アルミフレキシブルシャフト -- https://goo.gl/BfpCXR
• WPL WPLB-1 ホイール 4個セット -- https://goo.gl/vyWVxt
• Arduino SCM & DIY キット卸売 -- https://goo.gl/DG4gVv

スケッチ

GRBL

https://github.com/gnea/grbl

カスタムパーツとエンクロージャ

Thingiverse リポジトリ

CADファイル：thingiverse.com

回路図