3DプリントCNCルーター自作ガイド──金属・木材加工で0.05mm精度を実現するステップバイステップ解説

本チュートリアルでは、CNCマシンをステップバイステップで自作する方法を学びます。誰でも簡単に製作できるようガイドします。

この完全3DプリントCNCマシン（CNCルーター）は、2つの明確な目標で設計しました：可能な限り高剛性であること、そして可能な限りシンプルに組み立てられること。

概要

高剛性はマシン性能に直結します。木材の彫刻・切削に加え、アルミニウムの彫刻・切削も可能にしたかったのです。結果、それはかなり自信を持って実現できました。

アルミニウムからプロペラを切削した例。わずかなサンディングで、表面仕上げは超スムーズになりました。

アルミニウム切削による精度テストも実施。適切な送り速度と回転数を用いれば、アルミニウムパーツで0.05mm以内の精度が出せます。

3DプリントCNCマシン、トリマールーター、Arduino UNO＋GRBLによるモーション制御という構成で、これはかなり優秀な精度だと言えます。

アルミニウム彫刻も楽々。1mm未満の微細ディテールを含むキーホルダー彫刻を複数実施し、見事な仕上がりでした。

真鍮の彫刻も素晴らしい結果でした。

Model from Etsy

この3DプリントCNCルーターは、鋼材の切削も可能です。

2つ目の目標「可能な限りシンプルな組み立て」のため、電動工具を一切使用しない設計にしました。アルミフレームの切断（ノコギリ）、穴あけ（ドリル）、タップ加工……一切不要です。

文字通り、六角レンチセットだけで組み立て可能です。Amazon、AliExpress、または任意の店舗で容易に調達できる標準部品のみを使用するよう設計したからです。まるでDIYキットのように、ただ組み立てるだけ。以下に、このCNC製作に必要な部品の完全リストを掲載します。

（もちろん前提があります）3Dプリンターは必要ですが、今は3Dプリントサービスが多数存在するため、持っていなくてもパーツを簡単に入手できます。

「完全3DプリントCNCマシン」と呼ぶ所以は、X軸・Z軸プレート、ルーターマウント、ボールネジベアリングブロックを含む、CNC構造全体が3Dプリントパーツで構成されているからです。

3Dプリンターで複雑な形状を容易に造形できる特性を最大限に活かし、20×40mmアルミ押出材、15mmリニアレール、16mmボールネジと組み合わせることで、十分な性能を引き出せたと考えています。アルミニウムの彫刻・精密部品加工が可能で、木工プロジェクトは言うまでもありません。あらゆる堅木を難なく切削でき、木材彫刻は完璧です。340×340mmのブナ材3Dレリーフをご覧ください。見事です。

ワークエリアは450×350×110mmですが、最もクールなのは、このCNCマシンを簡単にスケールアップできる点です。

特定軸のアルミ押出材、リニアレール、ボールネジを長いものに置き換えるだけで、他のすべての部品と組み立てプロセスをそのままに、ワークエリアを拡大できます。どの部品がワークエリアを決定するかの詳細は後述しますので、希望のワークエリアに合わせて部品を選定してください。

関連プロジェクト：

3DモデルとSTLダウンロード

このDIY CNCマシンの3Dモデルは、Onshapeでブラウザ上から直接閲覧可能です。

このDIY CNCマシンの3Dモデルおよび3Dプリント用STLファイルは、Cults3Dから入手できます。

部品表（Bill of Materials）

このDIY CNC製作に必要なコンポーネントの完全リストです。寸法は、デモ製作と同サイズ（450×350mmワークエリア）のものです。

コンポーネント	数量	購入リンク
アルミ押出材 2080 - 600mm (Y軸、カスタム長)	2	Amazon | AliExpress
アルミ押出材 2040 - 600mm (X軸ベース、カスタム長)	3	Amazon | AliExpress
アルミ押出材 2040 - 700mm (X軸ガントリー、カスタム長)	2	Amazon | AliExpress
アルミ押出材 2040 - 200mm	2	Amazon | AliExpress
アルミ押出材 2040 - 100mm	2	Amazon | AliExpress
リニアレール HGR15 - 600mm (Y軸、カスタム長) & (X軸、カスタム長)	4	Amazon | AliExpress
リニアレール HGR15 - 300mm (Z軸)	2	Amazon | AliExpress
ボールネジ SFU1605 - 500mm (Y軸、カスタム長)	2	Amazon | AliExpress
ボールネジ SFU1605 - 600mm (X軸、カスタム長)	1	Amazon | AliExpress
ボールネジ SFU1605 - 300mm (Z軸)	1	Amazon | AliExpress
シャフトカプラー 8mm to 10mm	4	Amazon | AliExpress
アンギュラコンタクトベアリング 7001 P5-DB Aペア	4ペア	Amazon | AliExpress
M12×1mm ロックナット	4	Amazon | AliExpress
ラジアルボールベアリング 6000-2RS	4	Amazon | AliExpress
コーナーブラケット 28×20×28mm (Tスロットナット・M5ボルト付き)	18	Amazon | AliExpress
コーナーブラケット 20×20×20mm (Tスロットナット・M5ボルト付き)	8	Amazon | AliExpress
M5 スライドTナット	100	Amazon | AliExpress
M5 ハンマーヘッドTナット	100	Amazon | AliExpress
M4 スライドTナット	50	Amazon | AliExpress
M4 ハンマーヘッドTナット	50	Amazon | AliExpress
ステッピングモーター NEMA23	4	Amazon | AliExpress
ソケットヘッドボルト M3×12mm - 10 M3×16mm - 5 M3×30mm - 5 M4×10mm - 5 M4×12mm - 5 M4×14mm - 60 M4×25mm - 10 M5×12mm - 50 M5×16mm - 40 M5×20mm - 40 M5×30mm - 40 M5×50mm - 25 M5×60mm - 35 M5×70mm - 5		Amazon | AliExpress

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CNCのスケーリング──カスタムワークエリアサイズ

CNCのワークエリアを拡大したい場合、対象軸のアルミ押出材、リニアレール、ボールネジを長いものに置き換えるだけです。

例：Y軸ワークエリアを450×350mmから450×750mmへ拡大する場合、差分750-350=400mm。このCNCのベース長に400mmを加算します：

• アルミ押出材 2080：600mm + 400mm = 1000mm
• リニアレール HGR15：600mm + 400mm = 1000mm
• ボールネジ SFU1605：500mm + 400mm = 900mm

X軸拡大も同じ原理ですが、ガントリーサイズが大きくなるため、トラス構造要素を1つ追加する必要があります。

Y軸方向へのワークエリア拡大

※X軸/ガントリー方向への拡大は、Y軸拡大とは異なり、マシン全体の剛性低下を招く点に注意。Y軸拡大は剛性への影響がほぼありません。

組み立て

以下の動画で、このDIY 3DプリントCNCマシンの組み立て完全ステップバイステップガイドをご覧いただけます。

電子部品の概要

このCNC製作ガイドを分割し、電子部品、配線、コントロールボックスの製作、マシンのセットアップと初回切削については、次回の動画で解説します。

簡単に触れると、このCNCマシンはArduino＋GRBLベースです。Arduino UNOとCNCシールドを組み合わせ、NEMA23ステッピングモーター駆動にはDM542ステッピングドライバーを使用。

モーション制御ファームウェアはGRBL、Gコード送信にはUniversal G-code Senderを使用。両方オープンソースです。

Arduino＋GRBLに限らず、LinuxCNC、grblHAL、Mach 3/4など、他のCNCコントローラーも使用可能です。Arduino＋GRBLは最もシンプルで低コストな選択肢ですが、リアルタイム制御や高度な設定性など、一部の先進機能に欠けます。コントロールボックス自作に不安がある場合は、ステッピングモーターケーブル込みの完成品コントロールボックスも市販されています。

詳細なコントロールボックス製作、GRBLセットアップ、マシン操作ガイドは次回動画で。廃材ボードとダストシューの製作、初回切削の始め方、デモプロジェクトの製作過程も別動画で解説予定です。

本チュートリアルの締めくくりとして、このマシンの剛性・精度・製作コストをいくつか紹介します。

剛性と精度

CNCマシンの剛性を実証するため、ルーターに6mmシャフトを装着し、ダイヤルゲージで荷重時のたわみを測定。フォースゲージとダイヤルゲージを使用。

測定ツール：
フォースゲージ：Amazon | AliExpress
デジタルダイヤルゲージ：Amazon | AliExpress

まずX軸剛性。50N荷重でエンドミル先端が約0.16mm、70Nで約0.24mmたわみ。一方、Y軸は50Nで約0.22mm、70Nで約0.32mm。ガントリー型CNCではY軸剛性がX軸より劣るのは予想通りです。

Z軸剛性は、50Nで約0.18mm、70Nで約0.25mm。

この剛性により、適切な切削条件でアルミニウム切削時、0.06mm以内の精度を達成。

テストパーツをアルミニウムで製作し、以下条件で切削。荒取り：切込み深さ4mm、切込み幅1.2mm、送り1200mm/min、オフセット0.3mm。仕上げ輪郭：切込み深さ2mm、送り500mm/min。デジタルダイヤルゲージで測定した全形状・全方向で0.06mm以内の精度。

繰り返しますが、完全3DプリントCNCルーター、トリマールーター、Arduino＋GRBLという構成で、これはかなり優秀な結果だと考えます。

作品紹介

このDIY CNCマシンで製作したプロジェクトの一部：

• 3Dレリーフ

Model from Etsy - Ram Head

• Vビット彫刻と荒取り

Model from Etsy - Heart Box

• CNCインレイ

• アルミニウム彫刻

• 真鍮彫刻

Model from Etsy - Dragon Head

• アルミニウムプロペラ加工

今後もCNC関連コンテンツを継続予定です。このCNCマシンの製作体験を共有し、問題解決と改善を行うコミュニティ（Discord等）も立ち上げます。