Arduinoで作るCNCプロッター：自作描画機のステップバイステップガイド

必要な部品と材料

部品	数量	備考
Arduino Nano R3	1	制御用マイコンボード
L293D デュアルHブリッジ モータードライバー (Texas Instruments)	1	ステッピングモーター2台分の駆動用
SG90 マイクロサーボモーター	1	ペンの上下動作用
DVD-ROMから取り出したステッピングモーター	2	X軸・Y軸駆動用（中古DVDドライブから入手可能）
JLCPCB製カスタムPCB	1	回路基板（ガーバーファイル提供あり）

必要な工具と機械

• レーザーカッター（MDF板5mm厚のカット用）
• 3Dプリンター（ペンホルダー出力用）
• はんだごて、マルチメーター、ドライバー類

使用ソフトウェア・オンラインサービス

• Arduino IDE（ファームウェア書き込み）
• Inkscape（ベクター画像をG-codeに変換）
• Processing 3（G-codeをシリアル送信）
• EasyEDA（PCB設計・発注）

プロジェクト概要

このチュートリアルでは、低コストで自作できるArduinoベースのCNCプロッター（描画機）の製作手順を詳しく解説します。DVD-ROMから取り出したステッピングモーターを再利用し、JLCPCBで製造した専用PCBを用いることで、配線の手間を大幅に削減。機械構造にはレーザーカットしたMDFパーツと3Dプリントしたペンホルダーを採用し、見た目も機能も両立させています。

製作期間は約5日間（部品調達・組み立て3日、ソフトウェア調整2日）と比較的短期間で完成可能です。初心者でも理解しやすいよう、ハードウェア選定から回路図、機械組み立て、ソフトウェア設定、テスト走行までをステップごとに説明しています。

学べること

• プロジェクトの機能に応じた適切なハードウェア選定
• 全コンポーネントを接続する回路図の作成
• 機械的・電子的パーツの組み立て手順
• 機械のバランス調整（スケーリング）
• システムの操作・制御方法

Step 1: プロッター（描画機）とは？

CNC（Computer Numerical Control）とは、コンピュータからシリアルポート経由で送られる指示に従ってアクチュエーターを動作させる工作機械です。一般的にステッピングモーターを各軸に搭載し、プログラム制御で精密な位置決めを行います。

今回製作するプロッターは2軸（X-Y）構造で、各軸に小型ステッピングモーターを配置。アクティブトレイ（可動台）をXY平面上で動かし、サーボモーターでペンを上下させることで描画を行います。

Step 2: ステッピングモーターの準備

ステッピングモーターは1回転を等分して制御できるブラシレスDCモーターです。位置センサーなしで開ループ制御が可能なため、CNC用途に最適です。入手先は中古のDVDドライブ（2台で約2ドル程度）から取り出すのが安価で確実です。

コイルの特定とはんだ付け

取り出したモーターは4線または6線タイプが多いですが、DVD用は一般的に4線（2相バイポーラ）です。マルチメーターで抵抗を測定し、各コイルの端子を特定します（1コイルあたり約10Ω）。特定後、制御用のリード線をはんだ付けします。

Step 3: 回路図

制御の中心はArduino Nanoです。ステッピングモーター2台とサーボモーター1台を駆動するため、L293D HブリッジドライバーICを2個使用します（1個で2相駆動可能）。回路図は以下の通りで、両ステッピングモーターとサーボの接続を示しています。ピン配置は必要に応じて変更可能です。

Step 4: PCB製作（JLCPCB製）

JLCPCBについて

JLCPCBは中国最大手のPCBプロトタイプメーカーで、10年以上の実績があります。1日8,000件以上の注文を処理し、年産20万平方メートルの生産能力を誇ります。低価格・高品質・短納期で、ホビイストからプロまで幅広く利用されています。

PCB設計と発注

回路図からPCBパターンを設計（EasyEDA使用）し、ガーバーファイルをJLCPCBにアップロード。板厚・色・枚数を指定し、わずか2ドルで5枚を5日で受け取れました。シルク印刷も鮮明で、部品配置ラベルがそのまま実装ガイドになります。

ダウンロードファイル

• 回路図PDF
• ガーバーファイル一式

Step 5: 機械フレームの設計・製作

見たよさと剛性を両立するため、SolidWorksで3つの主要パーツを設計し、DXFデータをレーザーカッターでMDF板（5mm厚）から切り出しました。製作はFabLab Tunisiaの協力を得ています。ペンホルダーは3Dプリント（STLデータ提供）で作成しています。

Step 6: 部品リスト（調達リンク付き）

• JLCPCB製カスタムPCB
• Arduino Nano: Amazonリンク
• L293D Hブリッジドライバー ×2: Amazonリンク
• ICソケット DIP16ピン ×2: Amazonリンク
• ICソケット DIP（Arduino用） ×1: Amazonリンク
• ピンヘッダー・ねじ端子コネクタ: Amazonリンク
• SG90サーボモーター ×1: Amazonリンク
• DVD-ROMドライブ ×2（中古で入手）
• 3Dプリントパーツ（ペンホルダー等）
• レーザーカットパーツ（MDF）
• 組み立て用ネジ・スペーサー
• 描画用ペン（JLCPCBノベルティや市販の細字ペン）

Step 7: 電子部品の実装とテスト

PCBのシルク印刷に従って部品をはんだ付けします。ICはソケットに挿すため、万一の交換も容易です。実装後、X軸側のステッピングモーターを接続し、簡易テストコードで動作確認を行います。

テスト用スケッチ（ステッピングモーター動作確認）

#include <Stepper.h>
const int stepPerRotation = 20; // DVD用ステッピングモーターの1回転ステップ数
Stepper myStepperX(stepPerRotation, 8, 9, 10, 11); // X軸用ピン設定

void setup() {
  myStepperX.setSpeed(100); // 速度設定
  myStepperX.step(100);     // 正転
  delay(1000);
  myStepperX.step(-100);    // 逆転
  delay(1000);
}
void loop() {}

Step 8: 機械パーツの組み立て

1. Y軸プレートに2つ目のステッピングモーターを固定
2. X軸とY軸を90度に直交させて組み合わせ、XYテーブルを形成
3. ペンホルダーにスプリングと小径シャフトを組み込み、サーボで上下動作できるようにする
4. ペンホルダーをY軸キャリッジに、作業台（アクティブプレート）をX軸キャリッジにそれぞれ固定（ホットグルーやネジで）
5. 全配線をPCB上のコネクタに接続し、ケーブルを整理

Step 9: ソフトウェア構成と操作手順

描画を実行するには以下の3つのソフトウェアを連携させます。

1. Inkscape：描画データ（SVG等）を作成・読み込み、G-codeに変換
2. Arduino IDE：マシン制御用ファームウェアをArduinoに書き込み
3. Processing 3：G-codeファイルを読み込み、シリアル通信でArduinoへ送信

9-1. ファームウェア書き込み

GitHubリポジトリからCNC_Plotter.inoをダウンロードし、自分のピン配置に合わせて修正後、Arduino IDEで書き込みます。

9-2. InkscapeでG-code生成

1. 用紙サイズ・単位（mm）を設定
2. 描画したい図形を配置・拡大縮小
3. 「MakerBot Unicorn G-code」形式で保存（アドオンが必要な場合あり）
4. G-codeパラメータ（送り速度、ペン上下のZ値等）を画像の通り設定

9-3. Processingで実行

1. GitHubからCNC_program.pdeを開き、実行
2. キーボードのPキーでCOMポート選択
3. GキーでG-codeファイル選択 → 自動的に描画開始

Step 10: テスト走行と結果

G-code送信開始とともにプロッターが描画を開始します。基板上のLEDがステッピングパルスに同期して点滅し、動作状態が視覚的に確認できます。描画精度は驚くほど高く、複雑な図形も滑らかに再現されます。

プロジェクトは大成功です。低コストで高機能なCNCプロッターが自作できることを実証できました。詳細な設計ファイル・コードはGitHubで公開しています。

関連リソース

• 全ソフトウェア・設計ファイル（GitHub）: https://github.com/BEEMB/CNC_Plotter
• レーザーカット用DXF / 3Dプリント用STL（Thingiverse）: Thingiverseリンク
• 回路図PDF・ガーバーファイル: プロジェクトページのSchematicsセクションからダウンロード可能

前作「Arduinoトレーニングプラットフォームの作り方」もぜひご覧ください。YouTubeチャンネル登録もよろしくお願いします！

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