【XYペンプロッター制作⑧】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 Uno 1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A4988 2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。

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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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