ArduinoへGRBLを書き込む手順とCNCjsの使い方｜XYテーブルをPC制御【自作CNC第3回】

自作CNC 第3回

はじめに：Arduino＋GRBL＋CNCjsでXYテーブルをPCから動かす

こんにちは。にんじんです🥕

この記事では、Arduino Uno にCNC用ファームウェア「GRBL」を書き込み、PC制御ソフト「CNCjs（v1.9.22）」を導入して、自作XYテーブルをパソコンから動かすところまでを、実機の画面キャプチャつきで解説します。あわせて、動作テストで発覚した「移動距離が最大0.7mmバラつく」問題の原因を、電気信号から駆動系まで順番に切り分けた記録も残します。

自作CNC製作記の第3回です。前回はリミットスイッチを実装して「原点（0, 0）」という物理的な基準を手に入れました。ハードウェアとしての土台が整ったので、今回はいよいよPCからマシンを操作する環境を構築していきます。

今回の検証ゴール（ミッション）

本日の目的は以下の3点です。

• Arduinoに「GRBL」を導入してコントローラ化する
• 「CNCjs」を導入してPCから操作できる環境を整える
• 実際の移動距離を測定し、想定通りの精度が出ているか検証する

最終的には、単に動作するだけでなく、工作機械として使える精度が出ているかを厳しくチェックしていきます。

GRBLとは：ArduinoをCNC専用コントローラにするファームウェア

まず、CNCの中核を担うソフトウェア「GRBL（ガーブル）」について解説します。

簡単に言うと、GRBLは通常のArduinoをCNC専用のコントローラに変身させるためのオープンソースのファームウェアです。主な役割は以下の通りです。

• PCから送られてくる「Gコード（座標指示）」を解釈する
• ステッピングモーターに適切なパルス信号を送り、移動を制御する
• 加速・減速、そして現在位置を1ステップ単位で管理する

このファームウェアを書き込むことで、Arduinoは「CNCの脳」として機能するようになります。

GRBL（grblUpload）のダウンロードとArduino IDEでの書き込み手順

▲ GitHub（gnea/grbl）で「Code」→「Download ZIP」

まず、GitHubの公式リポジトリ gnea/grbl からソースをダウンロードします。

• ページの「Code」をクリック
• 「Download ZIP」をクリック

▲ ダウンロードしたZIPを右クリック →「すべて展開」

• ダウンロードしたZIPフォルダを右クリックして「すべて展開」します

▲ 展開後、中の「grbl」フォルダだけを再度ZIPに圧縮

• 展開したフォルダを開く
• フォルダ内の「grbl」フォルダを右クリックしてZIPに圧縮します（このZIPをArduino IDEに読み込ませます）

▲ Arduino IDE「スケッチ」→「ライブラリをインクルード」→「ZIP形式ライブラリをインストール」

• Arduino IDEを開く
• 「スケッチ」-「ライブラリをインクルード」-「ZIP形式ライブラリをインストール」をクリック

▲ 先ほど作った「grbl.zip」を選択して開く

• 「grbl.zip」を選択する
• 「開く」をクリック

▲ 「ファイル」→「スケッチ例」→「grbl」→「grblUpload」

• Arduino IDEにて「ファイル」-「スケッチ例」-「grbl」-「grblUpload」をクリック

▲ Arduino Uno R3のポートを選び、「→」で書き込み

• 接続しているArduino Uno R3のポートを選択
• 「→」（書き込み）をクリックしてGRBLをArduino Uno R3に書き込めば完了です

CNCjsとは：PCから操作するオープンソースのインターフェース

次に、PC側からマシンを操作するためのユーザーインターフェースとして「CNCjs」を準備します。ブラウザベースで動作するオープンソースのCNC制御ソフトウェアです。CNCjsを使うと、以下のような操作ができます。

• ジョグ操作：画面上のボタンで各軸を前後左右に動かす
• Gコード送信：作成した切削・刻印データをマシンへ転送する
• 状態監視：現在の座標やリミットスイッチの反応をリアルタイムで確認する

いわば、CNCマシンの「コックピット」のような存在です。

Windows環境へのCNCjs（v1.9.22）のインストールと接続設定

▲ GitHubのリリースページから CNCjs v1.9.22 を開く

今回はWindows環境で安定して動くバージョン 1.9.22 を使います。GitHubのリリースページを開きます。
https://github.com/cncjs/cncjs/releases/tag/v1.9.22

▲ win-x64版の .exe をダウンロードしてインストール

• cncjs-app-1.9.22-win-x64.exe をダウンロード
• インストーラーを実行し、指示に従って「次へ」→「次へ」で進めればOKです

▲ ポートとボーレート（115200）を指定して「開く」

• CNCjsを開く
• ポート：Arduino Uno R3が接続されているポート
• ボーレート：115200
• 「開く」をクリック

▲ コンソールに初期設定一覧が出れば接続完了

• 画面のコンソール領域にGRBLの初期設定一覧が表示されれば、CNCjsとArduinoの通信接続は完了です

動作確認：PCからのジョグ操作と移動距離の測定テスト

PCから「X軸を＋10mm」と指示を出すと、静かに、かつスムーズにテーブルが移動します。「ついに自分専用のCNCが完成した！」と感動する瞬間ですが……ここで避けては通れない「現実」に直面しました。

▲ CNCjsのジョグ操作パネル（移動距離10mm・X＋）

• 移動距離を「10mm」に設定する
• 「X＋」ボタンを押して10mm移動させる

▲ ノギスで実測（指示10.00mmに対し10.00〜10.70mm）

精度に問題あり：0.7mmのバラつき
指示どおりの距離を移動しているかノギスで計測したところ、衝撃の結果が出ました。

• 指示値：10.00mm
• 実測値：10.00〜10.70mm

精度の壁：0・1のキャリブレーションと距離がバラつく原因の考察

GRBLには、移動距離を補正するためのパラメータとして $100（X軸）と $101（Y軸）が用意されています。これは「1mm進むためにモーターを何ステップ動かすか（steps/mm）」を調整する機能です。

通常なら、理論値と実測値の比率からこの数値を計算して書き換えれば誤差を修正できます。しかし今回のように「測定のたびに実測値そのものが変化してバラつく」状態では、いくらパラメータを計算して調整しても根本的な解決には至りません。

CNCで最も重要なのは、絶対的な寸法精度以上に「再現性」です。「常に1mm短く動く」という一定の傾向ならソフト側で補正できますが、「ある時は短く、ある時は長い」という不規則な状態では、工作機械としての実用に耐えられません。

まとめと次回予告：オリエンタルモーターへの交換によるハードウェア改善へ

今回の挑戦で得られた成果と、突きつけられた課題を整理します。

【今回の成果】

• GRBLの導入により、ArduinoをCNCコントローラとして機能させられた
• CNCjsの環境を構築し、PCからの軸操作を可能にした

【現在の課題】

• 移動距離に最大0.7mmの不規則なバラつきがあり、加工精度が安定しない

現状の構成のままでは精密な加工が難しいため、駆動力を強化する目的で、信頼性の高いオリエンタルモーター製のステッピングモーターを新しく手配しました。……メーカー製を買わないとダメだったか。

次回予告

第4回では「ハードウェア改善編：モーターの交換と精度出しのキャリブレーション」として、パーツを変更してどこまで精度を追い込めるかを検証していきます。

よくある質問（GRBL書き込み・CNCjs接続・精度）