【XYペンプロッター制作⑧】必要な部品、おすすめパーツのまとめ

Toshihiko Arai

投稿日: 2022-03-12

はじめに

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します。

XYペンプロッターでよく使われる部品、おすすめパーツの一覧

XYペンプロッターでよく使われる部品、おすすめ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を使うのがおすすめです。

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覧ください。

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シールドを使うのがおすすめです。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です。 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。

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、案外簡単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簡単にしてくれるものです。

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。

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もあれば十分です。

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。

項目	値
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

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。

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がお手頃です。

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」は古いのでおすすめしません。

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。方法は色々ありますが、私はInkscapeを使って画像をGコードへ変換してます。