XYペンプロッター制作で必要な部品、オススメパーツのまとめ

XYペンプロッター制作で必要な部品、オススメパーツのまとめ
XYペンプロッター制作で必要な部品、オススメパーツのまとめ

はじめてのXYペンプロッター制作では、どのパーツを選べばよいのか最初はとても悩みました。そこで、これからXYペンプロッターを作ってみたい方のためにも、私が実際に自作XYペンプロッターで使った部品をまとめてみました。

XYペンプロッターはいろいろな形があるため、あくまでも私のXYペンプロッターの場合ですが、それでも多くの部品は共通すると思います。ぜひご参考になさってみてください。

XYペンプロッターでよく使われる部品、オススメパーツの一覧

XYペンプロッターでよく使われる部品、オススメパーツを一覧でご紹介いたします。

部品数量
Arduino Uno1個
ステッピングモータ2個
CNCシールド1個
モータドライバA49882個
ジャンパーキャップ6個
スイッチング電源1個
リニアガイド3個
タイミングベルト数メートル
タイミングプーリ2個
アイドラー2個
マイクロスイッチ2個
サーボモータ2個

XYペンプロッターでよく使われる部品の詳細

ここからは、先ほど紹介したXYペンプロッターでよく使われる部品一覧を、ひとつひとつ詳しく見ていきます。

Arduino Uno

Arduino Unoが必要です。他のArduinoでも、XYペンプロッターを作ることはできますが、後に紹介するCNCシールドがArduino Unoのために作られてますので、Arduino Unoを使うことをオススメします。

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もしもCNCシールドを使わずに、ステッピングモータやマイクロスイッチを自分で配線する場合は、お好きなArduinoをご利用になれます。Arduino選びはこちらの記事もご参考になさってみてください。

ステッピングモータ

XYペンプロッターはじめ、CNC工作機械や3Dプリンタではバイポーラ型のステッピングモータを使うのが普通です。中でも、四角形の一辺が42.3mmの規格である、NEMA17がよく使われています。

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▼ バイポーラ型ステッピングモータのしくみはこちらをご覧ください。

▼ ユニポーラ型のステッピングモータもあります。

CNCシールド

ステッピングモータやモータドライバを配線する際、煩雑になりやすいため、このようなCNCシールドを使うことをオススメします。こちらの商品は、Arduino UNOにピッタリ装着できるようにできてます。

もちろん、CNCシールドがなくても自力で配線可能ですが、CNCシールドは1000円以下で購入可能ですので、使わない手はないかなと思います。

CNCシールドにはバージョンがありまして、こちらの商品はバージョン3になります。

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▼ こちらの記事では、はじめてCNCシールドを使ってみました。とにかくステッピングモータを動かすことを目標にやってみました。

CNC機械工作用の無料ソフトが存在しますので、実際やってみると、案外カンタンにステッピングモータを制御できました。

モータドライバA4988

さきほどのCNCシールドにちょうどマウントできるモータドライバです。複雑なステッピングモータの制御をカンタンにしてくれるものです。

▼ モータドライバでステッピングモータを動かす原理は、こちらの記事をご覧ください。

ジャンパーキャップ

CNCシールドを使う場合、ステッピングモータの分解能を変更するために、ジャンパーキャップが必要です。分解能というのは、ステッピングモータをどのくらい細かく動かせるか決める機能です。詳しくは下記の関連記事をご覧ください。

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スイッチング電源

ステッピングモータの電圧や電流消費は大きいため、Arduinoからは電源供給できません。そのため、ステッピングモータのための外部電源が必要になります。

その際は、12Vのスイッチング電源を使うと便利です。ステッピングモータの数に合わせてワット数を決めてあげる必要がありますが、XYペンプロッターであれば、120Wもあれば十分かと思います。

リニアガイド

タイミングベルト&タイミングプーリー&アイドラー

タイミングベルトとは、ギア(タイミングプーリー)に噛み合わせて、直線運動にするためのゴム製ベルトです。ギアに噛み合うように、山谷のギザギザがついています。

タイミングプーリーとは、ステッピングモータなどの駆動軸に取り付けて、タイミングベルトを動かすためのギアのような滑車です。ステッピングモータのシャフト径は5mmですので、それにあったタイミングプーリを選びます。

また、アイドラーはタイミングベルトのタワミを伸ばしたり、折返しに使うための滑車です。

▼ こちらの商品は、タイミングベルト5Mとタイミングプーリー、アイドラーがセットになってますので便利です。

項目
タイミングベルトのピッチ2mm
タイミングプーリー歯数20

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リニアガイドとタイミングベルトを使って、ステッピングモータの回転運動を直線運動へ変換します。ここからは3Dプリンタが必要になります。もちろん工夫次第で、3Dプリンタなしでもお作りになれます。

マイクロスイッチ

機械原点を決めるためのホーミング作業をする際に、マイクロスイッチが必要です。ホーミング作業を行わなくても、XYペンプロッターを作ることは可能です。

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サーボモータ

ペンを上下するためにサーボモータを使用します。ペンを動かす程度なので、有名で低価格なSG90がお手頃かと思います。

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ソフトウェア

ここでは、XYペンプロッターで使うソフトウェアをご紹介します。

GRBLライブラリ

ArduinoにはGrblというライブラリをアップロードしてCNCマシンにします。ライブラリを書き込むだけですので、プログラミングの必要ありません。

よく使われるのは「Grbl v0.9」や「Grbl v1.1」です。「Grbl v0.8」は古いのでオススメしません。

▼「Grbl v0.9」をArduinoへ書き込む方法は、こちらの記事をご参考ください。

▼ XYペンプロッターを作る場合でしたら、サーボモータに対応した「grbl-servo」ライブラリを使うことをオススメします。

GRBLコントローラー

パソコンとArduinoをつないでステッピングモータなどを動かすわけですが、Arduinoに書き込んだGrblと通信するためにはGRBLコントローラーがパソコンで必要になります。

GRBLコントローラーは無料で入手できます。私が使っているのはCNCjsというソフトウェアです。CNCjsはXYペンプロッターを操作する上で、十分な機能を備えています。

画像をGコード変換に変換

実際にXYペンプロッターでお絵かきをさせたい場合、画像をGコードに変換する必要があります。方法は色々あるかと思いますが、私はInkscapeを使って画像をGコードへ変換しています。

▼ そのやり方は、次の記事で詳しく解説しましたので、ご参考になさってみてください。

▼ また、Inkscapeで書き出したGコードファイルを、サーボモータに対応させる方法は、次の記事を御覧ください。

記事に関するご質問などがあれば、
@tosisico または お問い合わせ までご連絡ください。
いろいろなCNCマシン
いろいろなArduino
Arduinoのオススメ参考書

▼ Arduino初心者向きの内容となっています。ほかのArduino書籍と比べて図や説明がとてもていねいで、読みやすかったです。Arduinoでひととおりのセンサーが扱えるようになります。

▼ 外国人が書いた本を翻訳したものです。この手の書籍は、目からうろこな発見をすることが多いです。

▼ Arduinoの入門書をすでに読んでいる方で、次のステップを目指したい人向きの本です。C言語のプログラミングの内容が中心です。ESP32だけでなく、ふつうのArduinoにも役立つ内容でした。

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