LinuxCNCでCNCフライスを制御する

はじめに

一般的にNCフライスの制御にはMach3が使われることが多い．しかし，複雑な切削を行う場合（=長いGコードを読み込む場合）には，有料のライセンスを購入する必要があり，ソフトの機能に制約がある．
一方で，LinuxCNCと呼ばれるオープンソースなNCフライス制御ソフトも開発されており，こちらには機能制約はない．（機能的にはこちらの方が汎用的らしい？）
購入したNCフライスはMach3を想定して設定されているが，ライセンス代をケチるためにLinuxCNCで頑張ってみることにした．

なお，使用したNCフライスは以下の「黒い奴」である．

item.rakuten.co.jp

黒い奴にはMach3用の設定が提供されているので、これを元にLinuxCNCを設定する

コマンド

↓LinuxCNCの起動（レイテンシ調査もこっち．Sample Configurations->apps->latency．ツリービューを色々弄ると見つけられる．生成した設定ファイルはMy Configurationsに登録されるはず．）

./linuxcnc

↓LinuxCNC設定ファイル生成画面の起動

./stepconf

LinuxCNCのインストール

以下のサイトから落としてくれば良い．リアルタイム性能を引き出すために，Linuxカーネルに細工をする必要があり，細工済みの起動イメージが配布されている．これを用いるのが一番楽だ．
これを書いている人は，ソースからビルドを試みたが，あまりに躓く点が多いので，一度諦めている．

linuxcnc.org

配布されている起動イメージではvncserverが入っていない．また，sshd_configではパスワード認証を許可していないので，ログイン周りで弄らないといけないかもしれない．

起動出来た場合，最初にlinuxcncのレイテンシを調べておく（latency-histogram）．レイテンシが数usec以内に収まっていない場合には，対策が必要かもしれない．
レイテンシ軽減の一つの策として，カーネルの起動コマンドにisolcpusを追加し，割り込み用のcpuを定義する方法がある．レイテンシは減るが，実質的にcpu数が一つ減るので処理速度とのトレードオフである．

▲レイテンシの少ない例。isocpusを有効にした場合さらに改善する．

▲レイテンシが多い例．カーネルレベルでのリアルタイム処理の対策を行っていない．

レイテンシはすなわち出力波形のジッターとして出てくるはず．オシロスコープで実際の波形を見たわけではないが，ジッターはレイテンシ以下の数値にはならないと思う．

stepconf

レイテンシが満足できたら，次はNCフライス制御の設定を行う．
パラレルポートのピン位置や，軸の回転ステップ数や範囲についてを設定する．
LinuxCNC 2.7.8ではMach3の設定を読み込めるが，読み込んだ全ての設定が反映されているかはとても怪しい．（ピン位置の設定は反映されていなかった）

Mach3の設定画面を見つつ，stepconfを進めていけば良い．

▲この画面はあまり設定を変更する必要がなかった．Mach3のKernelSpeedとだいたい一致するように Max step rate を設定してやればよい？

▲ピンアサイン設定．ここは悩まされた。
Mach3と対応していない一部の設定項目について説明する．StepやDirection，Home，EStopは省略する．

項目	Mach3での呼称	説明
Spindle PWM	Spindle	主軸スピンドルに与えるPWM信号．
Amplifier Enable	Enable1	ステッピングモータの通電切り替え？
Spindle On	Output #1	スピンドル回転のオン/オフ
Coolant Flood	Output #2	クーラントのオン/オフ（任意負荷）

Mach3のLowActiveはstepconfのinvertedと対応する．
また，EmergencySwitchの入力信号が，Mach3と論理が一致しないようなので，注意する．
Mach3を使いこなしていないから，OutputやEnableに関する設定がどのようにソフトの挙動と対応するかは知らない．これは試行錯誤で設定を行った．
ちなみに，二つ先の画面で軸の移動量をテストする機能があるので，ピンアサインに関して一部動作確認できる．

▲これは重要ではない．オプションでおまけのGUIを表示できるよってやつ．スピンドル回転数などを表示するときに用いるらしい．

▲これは重要．軸の移動量を決定する．灰色背景のテキストボックスは「編集可能」，もっとユーザビリティを考えてほしい．Mach3ではmmあたりのステップ数（画像一番下の数値）のみ決定するが，LinuxCNCでは一回転あたりのステップ数を指定する．軸のリードピッチが分からないと変換できないので，調べる必要がある．
右上のボタンで移動量をテストできる．（もちろん，ピンアサインが間違っていたら動かない．）

▲重要だが躓く要素は少ない．PWM RateはMach3でも同様の設定項目はある．画像では最高回転数の時をPWM（=Duty比)1.0と設定している．

これで設定は終了で，あとは設定ファイルを保存するか聞かれるはず．設定をLinuxCNCに読ませて上手く動けば成功．

おわり

以上，是非とも設定で躓き，泥水を啜り，地べたから這い上がりつつも，なんとか動作確認をすませ，時間を浪費してほしい．なお，Mach3を2万円で購入するのであれば，以上の設定はすべて無駄である．