CNC マシンをゼロから構築するには? - DIY ガイド
CNC マシンを一から作る方法を学ぶのは、思っているより簡単です。初心者向けに、DIY プロセスを一連のわかりやすい手順に分解しました。部品の購入からソフトウェアのインストールまで、DIY ガイドでは、独自の CNC マシンを簡単に作る方法を順を追って説明します。
CNCマシンとは？
CNC マシンは、コンピューター プログラムを使用してモーターを制御し、X、Y、Z の 3 軸を駆動して、G コード コマンドに従って CAD/CAM ソフトウェアによって生成されたツール パスに沿って前後に移動する自動化された電動ツールです。最後に、スピンドル上のツールが彫刻、切断、およびフライス加工の結果を完成させます。
考慮すべき事柄
CNCマシンといえば、誰もがその高コストと複雑なプログラミング操作を思い浮かべ、理解しがたいと感じます。実際、私たちはCNCについて、いくつかの簡単なものを作ることで理解し、学びます。 低コストのCNCマシンこれにより、初心者から現代の CNC 技術の専門家にアップグレードすることができました。CNC マシンを DIY する難しさは、マシン キットのコストが高く、加工が難しいことにありますが、ソフトウェアの設定と使用は比較的簡単です。3 か月間 CNC を勉強して研究した後、地元で入手可能な材料を使用して、独自の Mach制御 CNC マシン キットを構築することにしました。
建築難易度: 中程度。
建築期間: 16日。
DIYツール: ベンチバイス、電動ドリル、ハンドソー、サンプルパンチ、タップ、リーマー、ノギス、ベンダー、ネジ。
スタートガイド
このガイドでは、次の機能を備えた機能的な CNC マシンを作成する方法について説明します。
1. ガントリー構造は安定性に優れ、処理フォーマットが大きく、デスクトップ設計がコンパクトで軽量、軽量で持ち運びが簡単です。
2. PCB、PVC、アクリル、MDF、木材、アルミニウム、銅の切断や加工に使用できます。
3. 加工精度は 0.1 mm に達し、ほとんどの PCB ボード、金型、スタンプ、看板の要件を満たすことができます。
4. コストは 1,000 米ドル以下で、組み立ても便利で簡単です。
5. 使用する部品や原材料は地元で見つけたり購入したりできるので、心配が軽減されます。
6. DIY プロセスでは、それほど複雑なツールは必要ありません。
7. Mach3コントローラー、使いやすい。
8. スピンドルは高精度のステッピングモーターで駆動されます。
CNC マシン構造を構築するにはどうすればいいですか?
このCNCマシンは固定ガントリー構造を採用しています。マシン全体は、ベーステーブル、ガントリーフレーム、X軸キャリッジ、Y軸ワークテーブル、Z軸キャリッジに分かれています。Y軸ワークテーブルの駆動ステッピングモーターは底板に固定されています。、ネジ、および2本の滑らかなバーとガントリーがY軸テーブルスライドガイドとして機能します。
ガントリーには、X軸キャリッジの駆動ステッピングモーター、リードスクリュー、およびX軸キャリッジのスライドガイドとして使用される2つのスムーズバーが固定されています。X軸キャリッジには、Z軸キャリッジの駆動ステッピングモーター、リードスクリュー、およびZ軸キャリッジのスライドガイドとして使用される2つのスムーズバーが固定されています。
Z軸キャリッジにスピンドルを固定するためのL字型固定ブラケットとU字型保持リングがあります。
X、Y、Z軸のキャリッジにはリードスクリューに合わせたナットが溶接されています。
CNC マシン回路の作り方は？
この回路は、X 軸、Y 軸、Z 軸の 3 つの同一のステッピング モーター駆動部品で構成されています。ここでは、X 軸を列として、その動作原理を説明します。
L297/L298 を使用したステッピング モーター ドライバー回路
この回路は主に、2 つのステッピング モーター専用駆動集積回路 L297 と L298 で構成されています。L297 の主な機能はパルス分配です。出力端子 A、B、C、D で出力ロジック パルスを生成し、L298 を駆動します。L297 には、相巻線電流を制御し、定電流チョッパ制御を実現して、良好なトルク周波数特性を得るための 2 つの PWM チョッパもあります。
HDR1 (ピン 2) からの X 軸パルスは U18 (L1) の CLOCK (ピン 297) に入り、U1 によって出力端子 A、B、C、D、C (ピン 4、6、7、9) で処理されて、出力ロジック パルスが生成され、U2 (L298) に入り、出力端子 (ピン 2、3、13、14) でダブル H ブリッジを駆動してステップ パルスを出力し、ステッピング モーターを回転させます。
L298 は、デュアル H ブリッジ高電圧および高電流電力集積回路ドライバです。
L297 と L298 は完全な駆動システムを形成するために使用され、最大電圧 2V、相あたり 46A の電流で 2 相ステッピング モーターを駆動できます。
U1 の SYNC (ピン 1) は、複数の L1 の同期を実現するために U3 と U5 のピン 297 に接続された同期ピンです。
ステッピングモータードライバー制御ボード
U10 の ENABLE (ピン 1) は、制御ピンが出力ロジックを制御できるようにします。これがローレベルの場合、INH1、INH2、A、B、C、D はすべてローレベルに強制され、L298 ドライバは動作しません。CONTROL (ピン 11) は、チョッパ信号の制御を選択するために使用されます。これがローレベルのとき、チョッパ信号は INH1、INH2 に作用し、これがハイレベルのとき、チョッパ信号は A、B、C、D 信号に作用します。前者はシングルステージ動作モードに適しており、2 つのモードはバイポーラ動作モードのステッピング モーターに使用できます。
S15U1のVREF（ピン1）は基準電圧調整ピンであり、このピンの電圧を調整してステッピングモーターの相巻線のピーク電流を設定します。
ステッピングモータードライバーキット
U17のcw/ccw（ピン1）はX軸ステッピングモーターの回転方向を指定するためのピンであり、このピンにはHDR1（ピン6）からのX軸の方向指定信号が接続されます。
HALF/FULL（ピン19）は励磁モード制御ピンです。ハイの時はハーフステップ駆動モード、ローの時はフルステップ駆動モードです。RESET（ピン20）は非同期リセット信号で、パルス分配器をリセットする機能です。
D3-D26 は、L298 ドライバの H ブリッジのフリーホイール ダイオードです。
Mach3 CNC コントローラーの設定方法は?
Mach3 は、CNC マシンで最も一般的に使用されている CNC コントローラーです。インストールは簡単です。まず、コンピューターのマザーボードに Mach3 モーション カードを挿入します。Windows オペレーティング システムでは、Mach3 ドライバーがデフォルトでインストールされます。
USB Mach3 3軸CNCコントローラーキット
DSP、NcStudio、Mach4、Syntec、OSAI、Siemens、LNC、FANUC などの CNC コントローラーも選択できます。
CAD/CAM ソフトウェアをインストールして使用するにはどうすればいいですか?
CNCマシン用の最も一般的なCAD/CAMソフトウェアには、Type3、ArtCAM、Cabinet Vision、CorelDraw、UG、MeshCAM、Solidworks、AlphaCAM、MasterCAM、UcanCAM、CASmate、PowerMILL、Aspire、Alibre、AutoCAD、Fusion360、Autodesk Inventor、Rhinocerosなどがあります。 3D、設計できる 2D/3D 加工ツールのパスを生成するための図面。
CAD / CAMソフトウェア
CNC マシンキットを組み立てる方法は?
下部テーブル、X軸キャリッジ、Y軸作業台、Z軸キャリッジは、1.5インチの曲げ加工機で作られています。2mm 冷間圧延鋼板は、最も理想的な加工精度を確保できます。ベンダーがない場合は、大型バイスにハンドハンマーを使用して手動で曲げることもできます。ハンドハンマー加工中は、ワークピースにハンマーマークが残らないように、パッドアイアンをワークピースに追加する必要があります。曲げた後、さらに成形する必要があります。どの面も反っておらず、互いに90度の角度を形成しています。正しいパンチング位置を確保するために、1番目のスクライビングラインに平行および垂直なスクライビングニードルの針先は細く、スクライビングラインは正確で、サンプルパンチ位置決めソケットは慎重かつ正確である必要があります。
CNC マシンキット
たとえば、直径6mmの穴を2回に分けて開けます。まず、直径4mmのドリルで穴を開けます。十字の位置決め線に従って、直径4mmの穴が正確かどうかを判断します。正確でない場合は、ガーデンアソートファイルを使用して修正します。最後に、 6mmドリルビットなので、穴の位置誤差は比較的小さくなります。
ガントリーは、壁厚 1 の帯電防止床の鉄製キールから手鋸で切断できます。2mm 図面に従って、バイス上で曲げ、加工、成形することができます。X、Y、Z三軸ガイドレールとして使用されるライトバーには、滑らかな直径8の滑らかな表面が必要です。10mm使用済みのドットマトリックスプリンターのスライドレールと古いレーザープリンターカートリッジのインクゴムローラーを分解することで解決できます。各方向の2本の滑らかなバーは同じ長さで、端面は平らである必要があります。端面の中央にM5ワイヤーをタップするための穴を開け、 5mm ボルト。仕上がりは水平と垂直でなければならず、特に各方向の 2 つのライト バーは完全に平行でなければなりません。平行性は非常に重要で、生産の成否を決定します。
3軸のリードスクリューは直径が 6mメートルとピッチ 1mmこのリードスクリューは、金物店で販売されている天井の装飾用の長いリードスクリューから必要な長さに切断して使用できます。抵抗とクリアランスは小さくする必要があり、ナットはキャリッジの対応する穴に溶接されており、バックラッシュを最小限に抑え、彫刻機の精度を向上させます。
スライドスリーブは、金物店で購入した真鍮製のホースコネクタです。スライドバーの直径よりわずかに小さい内径を選択し、手動リーマーを使用して内径をねじってスライドバーに正確に一致させる必要があります。必要に応じて、金属組織サンドペーパーで光軸を磨き、スライドスリーブを長さ6 mmのセクション、合計12のセクションに切断してから、高出力のはんだごてを使用してキャリッジの対応する穴にはんだ付けします。溶接中にスライドスリーブを配置しないでください。はんだが内部に浸透した場合は、はんだ付けの品質を確保するために塩化亜鉛をフラックスとして使用します。組み立てるときは、スライドテーブルの抵抗が小さく一定であることに注意してください。抵抗が大きい場合は、はんだごてでスライドスリーブを再加熱して要件を満たすことができます。
ステッピングモーターのシャフトとねじ棒は銅管を介して接続されています。 6mm径ロッドアンテナ。ネジ棒と銅管はしっかりと溶接され、同心であることが保証されています。銅管のもう一方の端をステッピングモーターのシャフトに挿入し、水平に穴を開けます。ピンを小さな穴に挿入して固定し、ネジ棒のもう一方の端をキャリッジのナットで溶接します。
この CNC マシンは、自身の材料のサイズや大きさに応じて柔軟に制御できますが、剛性の低下を避けるために、マシン全体が大きすぎてはなりません。
CNC マシンの操作方法は?
CNC 加工の前に、加工プログラムのリストを事前に準備する必要があります。
1. 部品の加工手順と加工に使用する工具および切削速度を決定します。
2. パーツの輪郭接続ポイントを決定します。
3. ナイフの起動位置と終了位置、座標原点の位置を設定します。
規定の記述形式に従って数値制御命令セットを記述し、命令セットを数値制御装置に入力して処理（デコード、演算など）し、駆動回路を介して信号を増幅し、サーボモーターを駆動して角変位と角速度を出力し、実行コンポーネントを介してコンポーネントを変換します。作業台の直線変位を実現して送りを実現します。
次の 9 つの手順で CNC マシンの操作を始めましょう。
ステップ 1. CNC プログラミング。
加工する前に、まず CNC プログラミングを分析してコンパイルする必要があります。プログラムが長くて複雑な場合は、CNC マシンでプログラミングするのではなく、プログラミング マシンまたはコンピューター プログラミングを使用して、フロッピー ディスクまたは通信インターフェイスを介して CNC マシンの CNC システムにバックアップします。これにより、マシンの時間を占有することを回避し、加工の補助時間を増やすことができます。
ステップ 2. マシンの電源をオンにします。
通常、最初に主電源をオンにして、CNC マシンが電源オンの状態になるようにします。キー ボタンで CNC システムを起動すると、同時に工作機械の電源がオンになり、CNC 制御システムの CRT に情報が表示されます。クラムおよびその他の補助機器の接続状態。
ステップ 3. ソリッド参照ポイントを設定します。
加工前に、機械の各座標の移動基準を確立します。この手順は、増加制御システムの機械に対して最初に実行する必要があります。
ステップ 4. CNC プログラミングを開始します。
プログラム媒体（テープ、ディスク）に応じて、テープマシン、プログラミングマシン、またはシリアル通信で入力できます。簡単なプログラムの場合は、キーボードでCNCコントロールパネルに直接入力するか、MDIモードでセグメントごとに入力してリモートセグメント処理できます。加工前に、ピースの原点、ツールパラメータ、オフセット、およびさまざまな補正値もプログラムに入力する必要があります。
ステップ 5. プログラムの編集。
入力したプログラムを修正する必要がある場合は、作業モード選択スイッチを編集位置にします。編集キーを使用して追加、削除、変更を行います。
ステップ 6. プログラムの検査とデバッグ。
まず、工作機械をロックし、システムのみを実行します。このステップはプログラムをチェックするためのものです。エラーがある場合は、再度編集する必要があります。
ステップ 7. ワークピースの固定と位置合わせ。
加工するワークピースを固定して位置合わせし、ベンチマークを確立します。この方法では、工作機械の手動増分移動、連続移動、または手動ホイール移動を採用します。開始点をプログラムの先頭に設定し、ツールの参照を設定します。
ステップ 8. CNC 加工を開始します。
連続加工では、一般的にメモリ内のプログラム追加が使用されます。CNC加工の送り速度は、送り速度スイッチで調整できます。加工中に、送り保留ボタンを押して送り動作を一時停止し、加工状況を観察するか、手動で測定を行うことができます。サイクル開始ボタンをもう一度押すと、加工が再開されます。ボウルが正しいことを確認するには、追加する前に再確認する必要があります。フライス加工中、平らな曲面部品の場合は、ツールの代わりに鉛筆を使用して、紙に部品の輪郭を描くことができ、より直感的です。システムにツールパスがある場合は、シミュレーション機能を使用してプログラムの正確性を確認できます。
ステップ 9. マシンの電源をオフにします。
追加後、電源を切る前に、CNC マシンの状態とマシンの各部の位置を確認してください。最初にマシンの電源をオフにし、次にシステム電源をオフにし、最後に主電源をオフにします。
よくあるご質問
自分で作れる CNC マシンの種類はいくつありますか?
自分で作る最も一般的なタイプの CNC マシンには、CNC ルーター、CNC 旋盤、CNC ミル、CNC グラインダー、CNC ドリル、CNC レーザー、CNC プラズマ カッターなどがあります。
CNC マシンキットを組み立てるにはどれくらいの費用がかかりますか?
DIY CNC マシン キットのコストには、コンピューター、制御ボード、マシン部品、アクセサリが含まれます。コストの大部分はハードウェアに集中しており、これは CNC 加工計画に必要な精度によって異なりますが、平均コストは 1,000 米ドル未満です。
CNC マシンで何ができるのでしょうか?
CNC マシンは、金属、木材、プラスチック、フォーム、布地、石材のフライス加工、旋削、切断、彫刻、刻印、マーキング、研削、曲げ、穴あけ、洗浄、溶接を行うことができます。
スピンドルモーターの選び方は？
スピンドル モーターは CNC マシンのコア部品です。加工する材料とプロジェクトに必要な精度に応じて、ビジネス プランに適したスピンドル モーターを購入する必要があります。
伝送システムを選択するには？
1つは、伝達システムの選択にネジを選択するか、ボールネジを選択するかです。ここで私は実際にボールネジを選択する方がはるかに良いと提案します。リードスクリューを使用していますが、それでもボールネジを選択することをお勧めします。ボールネジは精度が高く、回転誤差が小さいです。そして、伝達の過程で、音は非常に小さいです。ネジの伝達プロセスは、金属と金属の間の摩擦です。音はそれほど大きくありませんが、摩擦時間が長くなると、回転誤差はどんどん大きくなります。
ステッピングモーターの選び方は？
CNC マシンが動作している限り、ステッピング モーターも動作します。モーターを慎重に選択しないと、まずモーターが非常に熱くなりやすくなります。マシンが動作を開始するとモーターが熱くなりますが、これは望ましいことではありません。モーターのトルクも考慮すべき問題であり、トルクが不十分な場合はステップが失われやすくなります。したがって、ステッピング モーターを選択するときは欲張らないでください。
注意事項
あなたが構築している 手頃な価格のCNCルーター、または最高の予算のCNC旋盤機を作る場合でも、DIYで最も安価なCNCフライス盤で作業する場合でも、1番目の注意点はCNCマシンの電源です。マシンには3つのステッピングモーターとXNUMXつのスピンドルモーターがあります。したがって、CNCマシンの使用プロセス中の電流は非常に大きくなります。DC電源を購入するときは、定格電流が大きいDC電源を購入する必要があります。スピンドルモーターの速度を決定するのは、DC電源の電圧です。電圧が高いほど、スピンドルの最大回転速度が速くなるため、電圧が小さすぎることはできません。
まとめると、自作CNCマシンの定格電圧は約30V、定格電流は少なくとも 10A 機械の正常な動作を確保するためです。 スピンドルモーターでは主に30Vの電圧が使用され、ステッピングモーターではそれほど高い電圧は必要ありません。 ステッピングモーターはネジで駆動されるため、小さな電圧でもトルクは大きくなります。 そのため、ステッピングモーターに供給する電圧は12Vで十分だと提案しています。 ステッピングモーターは12Vを使用しますが、DC電源から供給される電圧は30Vです。 ここでは、トランスを使用する必要があります。 このトランスの電力は高くなければなりません。 3つのステッピングモーターの電流はこのトランスを通過する必要があります。 トランスの放熱が追いつかず、深刻な発熱が発生します。
参考文献
CNC ルーター用語集の簡単なガイド
CNC ルーター マシンについて何かを学びたい場合は、CNC、CAD、CAM、G コードなどについて用語集から理解する必要があります。
CNCルーターの価格：アジアとヨーロッパの比較
この記事では、アジアとヨーロッパでの CNC ルーターの価値について説明し、2 つの地域のさまざまな価格とさまざまなコストを比較するとともに、予算に最適なマシンを選択する方法について説明します。
CNC ルーターは何に使用されますか?
CNC ルーター マシンは、自動木工、石の彫刻、金属のフライス加工、プラスチックの彫刻、フォームの切断、ガラスの彫刻に使用されます。
信頼できるポータブル CNC マシンはありますか?
信頼性の高いポータブル CNC マシンを見つけるのに苦労していませんか? ここでは、ニーズに合った適切な工作機械を選択するためのヒントを提供する専門的なユーザー ガイドを紹介します。
初めての CNC ルーター購入ガイド
このガイドは、CNC ルーター マシンとは何か、どのように機能するのか、どのような種類があるのか、何に使われるのか、費用はいくらなのか、どのように選択して購入するのかなどを理解するのに役立ちます。
Mach3 CNC コントローラー ソフトウェアをインストールして設定する方法は?
このガイドは、CNC ルーター、CNC ミル、CNC レーザー マシン、CNC プラズマ カッター、CNC 旋盤機、または同様の CNC 工作機械を制御するための Mach3 CNC コントローラー ソフトウェアのインストールおよび設定方法を理解するのに役立ちます。