CNCマシーンの自作

【はじめに】
https://www.thingiverse.com/thing:3508781
上のをベースにしていちから、中華CNCを作製。

既に作ってしまっているが、１から自作する手順の記録.

３Dプリンターはむしろ、CNCを作りたくて購入。
DVDのペンプロッター（費用が安いし）から作りはじめて、いろいろ遊んで、満を持してCNCの自作へ。
　写真は、買ってきた線のまま組み立てた段階なので各種配線がゴチャと。

くみ上げていく途中の写真とかはなし。

自分で作った！って満足感と、どうやってリミットスイッチつけようか？と悩み、設計して３Dプリンターで打ち出して・・と組み立てていくのが楽しいです。

使う目的の人は、買った方が安い！

【３Dプリンター部品】
３Dプリンタ部品は、thingiverseに掲載されているままつくると必ず組みあがらない。上記公開されている全体のCAD図（スケッチアップのモデル）においても設計の誤りが確認できる（Y軸のリードスクリュー高さが誤り）

誤っている箇所は、自分でデータから作って作製する。

・Y-Ball_bearing_mountとYステッピングモーターホルダ は少なくとも変更が必要。(リンク先は設計したオリジナルのSTL)
Yステッピングモーターホルダ は、thingiverse掲載のままでも使えるが、２０２０のアルミフレームの下に足をつけて浮かせる必要がある。

↑Yリードスクリューの高さ基準は、ステッピングモータが20ｍｍのアルミの上面に乗せた際に軸の高さで設計しようとしている。つまり20ｍｍのアルミフレーム上面からステッピングモータの高さの半分が中心軸として再設計

・それ以外にも、X軸のキャリア（オリジナルのSTL)に後でリミットスイッチを取り付けるためのネジ穴をΦ２ｍｍぐらいで適当に開けておきました。

また、リニアシャフト保持のSK8が８個いるが、これは３Dプリンターで作製

thingiverseでSK8を検索すると出てくるので、それをそのまま利用。
（SK８ ８個必要だが、アルミのものは３０００円ぐらいする。）

【部材の調達】購入した部品のコメント

日本国内においては、以下のサイトから入手
アルミフレームやロット→ミスミから購入
型番をそのまま検索すれば出てくる
https://jp.misumi-ec.com/

●NFSB5-2020-230

【ﾐｽﾐ】ｱﾙﾐﾌﾚｰﾑ(NFS5-20__) (日本)　240円　２つ

●NFSB5-2020-270

【ﾐｽﾐ】ｱﾙﾐﾌﾚｰﾑ(NFS5-20__) (日本)　240円　５つ

●NFSB5-2020-320

【ﾐｽﾐ】ｱﾙﾐﾌﾚｰﾑ(NFS5-20__) (日本)　250円　２つ

↑ミスミでしっかりしたものが届きます。寸法もぴったり。

●SFF-184/L250

【ｴｽﾕｰｴｽ】ｱﾙﾐｺｳｿﾞｳｻﾞｲ SFｷｮｳﾂｳﾊﾟｰﾂ Tｽ ( - )　1,925円　１つ

↑かっこいいので買いましたが、結構いい値段します。ホームセンタで木の板を買ってきて・・・というのでも安くつくるならよいかと思います。

●RDOB8-320

【ﾐｽﾐ】ﾛｯﾄﾞ RDOB (日本)　510円　４つ

●RDOB8-110

【ﾐｽﾐ】ﾛｯﾄﾞ RDOB (日本)　360円　２つ

↑安さ重視で鉄の酸化膜付きにしました。特に問題は出ていません。コストに余裕があれば、X軸だけでも太くし、リニアベアリング、X軸キャリアの３Dプリンタ部品も手をいれるとかよいかもしれません。（手元にない方がやるにはよっぽど設計をしないと）

●688AZZ1　

【ｴﾇｽｹｰﾏｲｸﾛﾌﾟﾚｼｼﾞｮﾝ】ﾌｶﾐｿﾞﾀﾏｼﾞｸｳｹ 6** ｽﾁｰﾙ 109円　２つ

↑十分機能をはたしています。

AMAZONからの購入

●SNOWINSPRING 2020 シリーズアルミニウムプロファイルコネクタセット、20個角ブラケット、40個 M5 x 10mm T-スロットナット、40個 M5x10mm六角ソケットキャップボルト6mm用アルミプロファイルアクセサリー

↑ワッシャーを入れないと付属ネジが長いですのでワッシャーも調達しておくか、正規品をスミスで入手するか。幅が２０ｍｍを使っていますが、２８ｍｍでも問題はありません。コスト重視。

●ZWM Tナット Tスロットナット T溝ナット 20シリーズ アルミニウム 肉厚 高硬度 耐食 長寿命 M5 35個

↑ある程度の数が必要ですので買っておきます。３Dプリンターお持ちの方は、ナットと組み合わせるものがデータがあるので作ってもよいですが、安いものなので。

●Kuman 3Dプリンター セット Arduinoに交換 CNCキット R3ボード+CNCシールドV3+A4988ドライバ+ヒートシンク+Nema17ステッピングモータ+機械的スイッチEndstop GRBL 0.9交換 実験用 電作キット KB02

↑今回はこれを使いました。コストが一番安いのでは？GRBL０．９互換のV３のシールドだが1.1で使う。リミットスイッチもノイズフィルター付きで便利です。設定等の情報量も多くて困る事はありません。（過去にペンプロッターを作った経験があったのもあり・・）

１番の後悔している点。３Dプリンターをもっている訳ですが、そちらのメインボードをアップグレードし、標準の３DプリンターボードをCNCに流用すればよかった・・・と後悔。３Dプリンターをお持ちの場合は、考慮される事をお勧めします。

●100mm〜1000mm T8リードスクリュー（ピッチ1mmリード1mm）+ T8アンチバックラッシュスプリング負荷ナット (100mm)

↑Z軸用のリードスクリュー

100mm〜1000mm T8リードスクリュー（ピッチ1mmリード1mm）+ T8アンチバックラッシュスプリング負荷ナット (300mm)

↑２本必要（X,Y用）

●SODIAL 12個LM8UU 8mmリニアモーションボールベアーベアリングブッシュ

↑安いですが、役目は果たしています。スミスから国産をいくつか手にしてみましたがあまり変わらないかと。

Genmitsu GS-775M 20000RPM ER11付き 775 CNC スピンドルモーター DC 24V ハイ・パワー 低ノイズ 3018 CNC ルーター フライス盤用 DC モーター

↑一番コストメリットがあると購入しました。まあ、レビューにあるようにホントにうるさいです。20,000rpmで本当に回っています。回転計で確認しました。14,000rpmぐらいでくみ上げたあと共振が少ないところで使うのが良いかと。

最初からついてくるER11ですが、取り付け方ってのがちゃんとあります。

https://cnc-selfbuild.blogspot.com/2016/05/cncer11.html

知らずにドリルのように単にはめて、黒い部分を回してたんです…初めのころ。

カチッと音がするまで、これっとを押し込んでから装着するんです。

●スイッチング電源 DC 24V 20A AC 110V/220V 480W 大容量電源 スイッチ電源 直流安定化電源 直流電源変換器 安全保護回路 自動リセット可能 電源装置
↑一番コストメリットがあると結構容量の大きなものを買いました。今のところまったく問題なく動いています。音もそんな気にならないです。容量を気にしなくてよいので、良い買い物かと。

●DCモーターコントローラー6V-90V 12ボルトガバナーステップレスガバナーPWMモーターコントローラーPLC 15A

↑他のでもよいでしょうが、これにしました。

●QIコネクター デュポンコネクタセット 620個セット2.54mm ピッチ オス メス ジャンパーピン 配線コネクター 2550 コ

↑集めたステッピングモーターや、リミットスイッチに最初からついてくるケーブル類が長いので、必要最低限に長さをカットこれでシールドにさせるようにするために必要

●ネジ＆ケーブル類：電源、モータコントローター間、モーターとモータコントローター間、１００Vコンセントと電源間をつなぐ銅線や、ネジが必要。近くのホームセンタで（必要な分を先にちゃんと把握してから買いにいきましょう。何度も通うことになります。ネジ２、３本買うために通ってしまった・・・）

あとはくみ上げは楽しんでやる。先人の強者の方々のページ。
https://cnc-selfbuild.blogspot.com/
まじ、この方、自作”CNCの神”です。

ソフト側については、ほとんどの情報がひらえます。

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【リミットスイッチと原点復帰】

調達したリミットスイッチはすでに基板に実装されているもの（ローノイズフィルターがついているもの）Makerbot design社製。

回路図は、from https://marlinfw.org/docs/hardware/endstops.html

異常（ハードのリミットをたたかない）がない通常の場合がGNDレベルか？またはその逆かを選択できる。NO,NCの結線の仕方は、本家を参照。

Normally close end stop switches wiring
https://github.com/gnea/grbl/wiki/Wiring-Limit-Switches

・リミットスイッチの取り付け部品とスイッチを押すための部品（現物あわせで設計）（X軸、Y軸（１，２）、Z軸（１，２））（オリジナルのSTL)。基板の足が長い部分はニッパーで切断取り付け。

X軸：SK8のビスを利用して固定

Y軸：2020のアルミフレームに固定（再設計が必要で剛性がなくしなる）

    

Z軸：Xキャリアに小さな穴を３Dプリンターで開けておいて固定

Makerbot designのこの赤い基板のやつは、NO、NCどちらでもつかえる。
NOで使う場合は、赤をArduinoに接続するようにして、黒の線はGND側に接続、緑は浮かしておいて問題ない。NCで使うときは、緑の線をArduinoに接続するようにして、黒の線はGND（逆でも真ん中なんで常にGND）、でもって赤をVcc（５V）に接続。

　ピンヘッダー５ピン分を加工して、ピンすべてに導通をとり、はみ出た赤色に接続（わかりにくいが、写真参照）。５ピンの一つに５Vを接続する。

　緑は10kΩの抵抗でpullupされているが、スイッチが入ると回路のとおりで、緑の電位を見ているピンがGNDに落ちて検出される。NCで利用（なんとなくノイズに強い気がして・・・効果は未確認）、この接続だとリミットスイッチ上のLEDも点灯し、検出が可視化できる。

ホーミングは、写真の位置の場合は、GRBLの＄23の設定は、３。人それぞれだが、この位置が、第一象限（X,Yともに正）に対象物を配置なのでやりやすいかと。

【追記】

同じMakerbotのリミットスイッチで同じ事をしている紹介記事を見つけた。

https://softsolder.com/2017/11/21/makerbot-style-endstop-power-adapter-for-protoneer-arduino-cnc-shield/

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【モーター回転数のシールドからのPWM制御】

アマゾンで購入したモータードライバは可変抵抗がついていて、GND,０－５V,5Vの３ピンが接続されていますが、この真ん中のピンに、別のマイコンからDC電圧０－５Vを入れると回転スピードが変化させられます。CNCシールドから出てくるPWM信号にローパスフィルタを入れてここに接続。（可変抵抗がついているものはおおむねこの構造）

手元にあったＳＯＴ２３変換基板（秋月）にチップ抵抗、コンデンサ（5ｋΩと3uF）ローパスフィルタ回路を作製。ピンヘッダーの雄雌を半田。

CNCシールドのGNDとPWM出力をこれに接続

これでbCNCなどのソフト、gcodeからモーター回転数が制御可能で、切削終了時い自動でスピンドルを止められる。

　ただ、モータをbCNCから制御できるように上のように結線をすると、A5ピンによるプローブのZ高さあわせがなぜか動かなくなります。

　元の状態、モータ回転制御回路にもともとついている可変抵抗ではプロービングはちゃんと動きます。

　プローブしたら繋ぎ変えて・・・という事をしていて、まだ解決していません・・・高速フォトカップラー使って独立させる事も考えているが、そもそもなんで？がわかっていない。

【追記】

要因詳細は不明ですが解決しました。プローブの両極の間にコンデンサー0.1uFを入れてやると動作するようになりました。

要因：この結線をして、ステッピングモーターのいずれかの軸を動かすとモーターについているLEDが点灯する。つまり、CNCシールドのPWMのラインからなんらかのパルスなりが、モータコントローラーに向かって出てLPFを通過してDC電圧になり、モーター制御しているMOSFETをオープン、モーターに電流が流れ込む。

PWMのラインは何もしていないから、本当はシグナルは出てほしくない。PWMにコンデンサーをつけるわけにもいかず、プローブ側で対処という消去法でこうなりました。