DIY 3軸CNCフライス盤：精密加工機を自作する
概要
オープンソースのモーション制御ソフトウェアGRBLで動作する、350mm×350mmの作業エリア（実加工エリア250mm×240mm）を持つ3軸CNCフライス盤の自作プロジェクトです。ハードウェアもオープンソースベースで、コストを大幅に削減。木材、プラスチック、硬質ゴム、硬質レジンなどの加工が可能で、主なターゲットは低コストPCB製造です。将来的にはレーザー加工対応も計画中。
システム構成
メカニカル構造
- フレーム: 2020 Tスロットアルミ押出材 + Lジョイント
- ガイド: スムースロッド + ラジアルグルーブスナップフィットボールベアリング（全軸）
- 駆動: 8mmメトリック台形ネジ（リード0.8mm/rev）+ アンチバックラッシュナットブロック
- ステッピングモーター: NEMA 23、各軸最大3A
- ドライバー: A4988、2.5A、1/16マイクロステッピング（1600ステップ/mm分解能）
- スピンドル: DC制御、2000rpm、約80-85W出力
- Z軸ガントリ: 3Dプリント製、デュアルガイドロッド、移動量4.8cm
- 工具: 45° Vビット（PCB彫刻用）、0.2-1.8mmエンドミル対応
精度とサイズ
- 機械サイズ: 約430×430×330mm
- 加工エリア: 約270×170×65mm
- 位置決め精度: 0.04mm
- 最小リードピッチ: 0.8mm/rev
IoT / インダストリー4.0対応
Raspberry Pi 3 Model B + ルーター構成でWebサーバーを稼働し、モバイル/タブレットからワイヤレスで制御可能。ヘッドレスディスプレイとしてHMI機能を提供。将来的にはリアルタイムモータートルク、電流、振動、騒音などのデータを収集・可視化し、分散型Webアプリケーションで複数デバイスを連携させるIndustrial IoT（インダストリー4.0）モデルへの拡張を計画。
主要コンポーネント
| 部品 | 数量 | 備考 |
|---|---|---|
| Arduino Nano R3 | 1 | GRBL実行用 |
| Raspberry Pi 3 Model B | 1 | Webサーバー・無線制御用 |
| A4988ステッピングモータードライバー | 1 | （シールド版も記載あり） |
| Adafruit Arduino Nano 4ステッパー/1DC RepRapシールド | 1 | |
| OpenBuilds アルミスペーサー、Lブラケット、M5 Tナット、低頭ネジ、M3キャップネジ、セットスクリュー、スロットワッシャー | 各1セット | フレーム構築用 |
| アンチバックラッシュナットブロック（8mm台形ネジ用） | 2 | |
| スレッドロッドプレート（NEMA 17用） | 1 | |
| 8mmメトリック台形ネジ | 1 | |
| ボールベアリング 625 2RS（5×16×5mm） | 1 | |
| スムースロッド | 1 | |
| BLDC冷却ファン | 1 | |
| DCモーター（汎用） | 1 | スピンドル用 |
| サーボ Tower Pro MG996R | 1 | |
| L293D デュアルHブリッジドライバー | 1 | |
| 電源 12V/5A | 1 |