自作CNCフライス盤の仕組み(制御編)

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自作CNCフライス盤の構成要素

CNCフライス盤は理解してしまえばとても簡単な構造なのですが、全くの初心者の場合、専門用語が出てくるので難しく感じることもあるでしょう。
そこで、自作CNCフライス盤の制御の仕組みについて簡単に説明しようと思います。
(個々の詳しい説明は別の記事で紹介することにします)

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ホビー向けの自作CNCフライス盤は大きく分けて次の3つのユニットから構成されています。

  • パソコン(制御信号の出力)
  • コントローラー(信号変換)
  • フライス動力(軸の動力と制御)

パソコン(制御信号の出力)について

ホビー向けCNCフライス盤はWindowsパソコンで制御します。汎用パソコンを使うことで安価にフライス盤を導入することができるわけです。

パソコンには次の3つのソフトを導入します。
似たような名前で混乱しますが、ここでは”3つのソフトが必要”という程度の理解で問題ありません。
ちなみに、いずれもフリーソフトと有料ソフトがあります。

  • CADソフト(図面を作図するソフト)
  • CAMソフト(加工用の言語(Gコード)に変換するソフト)
  • CNCソフト(Gコードを読み込み、制御信号を出力するソフト)

↓各ソフトと制御信号の出力の流れ

CADソフトとは?

パソコンでCADソフトを使って加工したいモデルを作図します。
CADソフトはJW_CADのようなフリーソフトがあります。ソフトの詳細については別の記事で解説しようと思います。
↓CADで加工したい形状に線を引きます。この場合、寸法線や中心線などは不要です。

CAMソフトとは?

上記のCADソフトで描いたデータは単なる線のデータで、実際の加工には、切削スピードなどの情報が必要です。
そこで、CAMソフトと呼ばれるソフトを使い、実際の加工に必要な情報を付加したGコードと呼ばれるプログラム言語をつくります。
CAMソフトはホビー向けの有料ソフトの他、フリーソフトもあります。CADソフトやCNCソフトの付加されたものもあります。この点も別の記事で詳細に説明しようと思います。

CNCソフトとは?

CNCソフトとは、Gコードを読み込んでUSBポートやパラレルポートから制御信号を出力するソフトです。
単に制御信号を出力するだけではなく、CNCフライス盤のセンサーを受け取って非常停止したり、ソフト上の仮想原点とフライス盤本体の原点位置を公正したりするなどの役割があります。
これもフリーソフトがあります。詳しくは別の記事で紹介します。

コントローラー(信号変換)について

パソコンから出力された信号から、モーターを駆動する信号に変換したり、CNCフライス盤のセンサー信号をパソコンに送信するための装置がコントローラーです。

実は、パソコンのパラレルポート信号は直接モータードライバを動かすことができるので原理的にはコントローラーが必要ありません。
ただし、直接パソコンから配線すると線が煩雑になってメンテナンス上好ましくありませんし、パラレルポートとモータードライバとの駆動電圧に差がある場合は簡単な変圧装置が必要です。
という事で、基本的には中継基盤を自作します。自作と言っても配線を中継するだけですから、難しいものではありません。

パソコンのパラレルポート

一方で、USB接続のコントローラーは専用の回路が必要で、基本的にCNCソフトとコントローラーがセットで販売されています。
USB接続のコントローラーはCNCソフトとセットで販売されており、公式サイトから200ドル~300ドルほどで個人輸入できます。国内の代理店で購入すると6万円近くしますから個人輸入したほうがお買い得です。
http://www.edingcnc.com/

フライス動力(軸の動力と制御)について

コントローラーの信号から、実際にフライス盤を動かしているのがステッピングモーターです。
ステッピングモーターはその名の通りモーターの一種。入力された電気信号に従い、一定の角度に回転するという性質があります。
つまり、回転センサーが無くてもきわめて正確な位置決めができるモーターなのです。
安価に作るホビー向けフライス盤にはステッピングモーターが最適です。
モーターの詳しい制御方法や選び方は別途記事にまとめます。

ただし、コントローラーから直接モーターに配線しても動きません。
モーターを動かすドライバー回路が必要なのです。
ドライバー回路は1,500円ほどで自作することができます。
作り方は「1500円で作る!CNCフライス用ドライバー」にて詳しく紹介しているので自作してみましょう。モーターメーカーから市販のドライバーが提供されているので作るのが面倒なら購入してもよい

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