【XYペンプロッター制作①】CNCシールドでステッピングモータを動かすまで

【XYペンプロッター制作①】CNCシールドでステッピングモータを動かすまで

この記事では、ArduinoとCNCシールドを使ってGコードでステッピングモータを動かすまでの詳しい解説を行います。Gコードでステッピングモータを動かすことができれば、CNC工作機械はもちろん、レーザー彫刻機や3Dプリンタなんかも作れてしまうかもしれません。

本記事で紹介する手順は、決してむつかしいものではありません。ステッピングモータがはじめての方でも、ぜひチャレンジしてみてください。

つかうもの

本記事で使うものをご紹介します。

ステッピングモータ

本記事ではこちらのIverntechのNema17ステッピングモータを使用しました。二層のバイポーラ型です。

ステップ角は「1.8°±5%」となってますので、200step/回転となります。電流は「1A/相」、抵抗値「4.1±10%Ω/相」です。

Amazonで購入したステッピングモータは、コネクタとコードが付属していますので、CNCシールドにそのまま接続できます。また、ステッピングモータのフロントのネジ穴は、M3口径でした。

Nemaステッピングモータ
Nemaステッピングモータ

Nemaとは?

ところでNemaとは、ステッピングモータの寸法の規格です。Nema17であれば、軸の面の一辺が42.3mmになるように作られています。Nema17は、一般的な3Dプリンタでもよく使われる規格だと思います。ちなみに、胴体の長さが長いほどトルクを強くでき、お値段も高くなります。

トルクの問題

先ほどのステッピングモータは、値段が高くなりがちなバイポーラ型ステッピングモータの中では、かなり低価格で購入できるものです。ボディサイズは約42x42x23mm、バイポーラステッピングモータの中ではなかなか薄型です。

その代わり、トルクが必要な部分にはあまり向いてはいません。CNC工作機械などで使う場合は、トルクの強いステッピングモータをオススメします。できるだけ胴体の長いのを選びましょう。

ペンプロッター用途なら、先ほどのステッピングモータで十分です。

他にも色々なステッピングモータがありますが、二層のバイポーラ型ステッピングモータを選んでください。また、ステッピングモータのリード線は4本になります。ラズパイでステッピングモータの制御の記事で使用した SM-42BYG011 でも動作可能です。

ただし、超低価格なユニポーラ型ステッピングモータがありますが、本記事の内容では動かせないかもしれません。その場合は、各自お調べになってご使用ください。

CNCシールド

今回はArduino Unoに取り付けられる、こちらのCNCシールドV3.00を使用します。

ステッピングモータ用ドライバ

ステッピングモータ用のモータドライバ4988です。CNCシールドとセットで使ってください。

12V電源

ステッピングモータを動かすために、12Vの外部電源が必要になります。複数のステッピングモータを使う場合は、電源のワット数に注意してください。たとえば、12Vで2A消費するステッピングモータを4個使うなら、96W(12Vx2Ax4)以上の電力が必要になります。

余裕を見て、こちらの120Wのスイッチング電源を購入しました。

120Wスイッチング電源
120Wスイッチング電源

120Wスイッチング電源
120Wスイッチング電源

ただし、スイッチング電源にはケーブルやコンセントは付属してませんので、自分で作る必要があります。使ったものは裸端子、圧着ペンチ、ビニールコード、コンセントプラグ、熱収縮チューブです。

Arduino Uno

Arduino Uno Rev3を使用しました。ELEGOOなどのArduino Uno互換品でも動作します。

ただし、今回使用するCNCシールドがArduino Unoのために作られていますので、ほかのArduinoですと配線の工夫が必要になります。ご注意ください。

Arduinoをお持ちでないようでしたらオススメArduinoどれを選べばいい?Arduinoで電子工作をはじめる方へをご参考になさってみてください。

ArduinoへGRBLをインストール

ArduinoにGRBLというソフトウェアをインストールします。CNCシールドのバージョンによってGRBLのソフトウェアバージョンを選ぶ必要があるようです。

今回使用したCNCシールドはVer3.00でして、こちらのGRBL0.8(GRBL-Arduino-Library)をインストールしました。

Grbl v0.9の場合はこちらの記事をご覧ください。これから設定するなら、Grbl v0.9のほうがオススメです。

下記ページの「Code」から「Download ZIP」を選択して、zipファイルでライブラリをダウンロードします。

zipファイルのライブラリをダウンロード
zipファイルのライブラリをダウンロード

その後、Arduino IDEで「Sketch」→「Include Library」→「Add .ZIP Library...」を選択して、ダウンロードしたzipファイルを追加します。

「Add .ZIP Library...」からライブラリを追加する
「Add .ZIP Library...」からライブラリを追加する

その後、「File」→「Examples」→「GRBL-Arduino-Library-master」→「GRBLtoArduino」を開いて、スケッチをそのままArduinoへアップロードします。

GRBLtoArduinoを開いてArduinoに書き込む
GRBLtoArduinoを開いてArduinoに書き込む

以上で、ArduinoにGRBLをインストールできました。

シリアルモニターから、$$などのコマンドを送信するとレスポンスがあるはずです。

シリアルモニタからコマンド送信
シリアルモニタからコマンド送信

配線

CNCシールドとモータドライバ、そしてステッピングモータの配線は写真のようになりました。今回はX、Y軸のみ使います。

CNCシールドとモータドライバ、そしてステッピングモータの配線
CNCシールドとモータドライバ、そしてステッピングモータの配線

モータドライバをマウントする向きにご注意ください。また、お使いのステッピングモータによっては、配線の色が異なりますのでご注意ください。

▼ 写真で使用したこちらの製品での配線になります。

GRBLコントローラで操作

配線がそれぞれできましたら、最後にGRBLコントローラーでステッピングモータを動かしてみます。Arduino IDEは使いませんので、閉じておいてください。とくに、シリアルモニタがつながっていると、GRBLコントローラから通信できません。

本格的に使う場合は、GRBLコントローラよりCNCjsがオススメです。こちらの記事もご参考になさってみてください。

GRBLコントローラのインストール

macOS環境ですので、こちらのページから「GrblController-3.6.1.7z」をダウンロードし、インストールしました。

GRBLコントローラを立ち上げます。Arduino IDEのときと同じように、Arduinoがつながっているポートを選択します。

GRBLコントローラでポートの選択
GRBLコントローラでポートの選択

その後、矢印ボタンを適当に押してみてください。Gコードが表示されつつ、ステッピングモータが動くはずです。

GRBLコントローラでステッピングモータを動かす
GRBLコントローラでステッピングモータを動かす

▼ 続きはこちらの記事をご覧ください。

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