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加工軸の移動速度とスピード調整方法
- 簡単な加工機の製作を検討していますが、加工軸の移動速度とスピード調整方法について疑問があります。
- ボールネジとモーターで加工ヘッドの駆動を行うことを考えていますが、インバータを使用してスピード調整をする際、10～80Hzの範囲が好ましいようですが、同じボールネジ軸では制御ができないのでしょうか？
- マシニング機では、アプローチ時は速く、加工時は微速に動作すると考えられますが、どのようにスピード調整をしているのでしょうか？
- マシニングセンター
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毎度です。ご質問の範囲が広いですねー。 >マシニング機では、アプローチと加工の際、どのようにしてスピードを調整 >しているのか (1)さんご回答の通り、サーボモータとコントローラで制御しています。 通常サーボモータのお尻にエンコーダなる高精度の回転検出器がついて おり、モータの速度と位置(回転角度)を検出し、リアルタイムで誤差に 追いつくように調整(制御)しています。 サーボモータは、一般的には 0－4,000min-1ぐらい範囲で、無段階に 制御可能です。 早送りは指令位置まで全力で移動すればよいので、緻密な制御はしません。 切削送りは、例えば切削負荷変動に対しても速度と位置が大きくずれない ように精緻に追従します。 （例えば扇風機の中心部を指で押すと回転速度が落ちたり停止したりしま すが、サーボモータで制御すれば常に同じ回転速度を維持します） 易しく解説したサイトがありましたので、下記参照ください。 質問者さんはおそらく汎用機＋αぐらいの加工機を考えていらっしゃる と推測しますが如何でしょうか？ 一方でマシニングセンタについてご質問されているので、回答者はどう しても本格的な制御をイメージとした記載になっています ということで、もし小生の推測通りもしくは似たような状況であれば、 あらためて「簡易加工機の送り機構について」とかのタイトルで仕切り 直しすることもご一考下さい おそらく(2)さんご回答のシステムが適しているような気がいたします ※推測が間違っていたらごめんなさい 送りを油圧モータにして、早送りと切断送りのスイッチでバルブを 作動させ、切削送りのスピード調整はスピコン、リミットスイッチ を蹴ったら停止．．．にすれば安く上がりそうです。 （あまりにも安易ですが） ボールねじの両端にＡＣモータを取り付け、一方は減速機付きで 切削送り用にすることも考えられます。
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負荷が小さかったらステッピングモーターとか言う手も有ります。 (オリエンタルモーターのAZシリーズコントローラ内蔵タイプとかおもしろそうです。) 多分、今回の想定用途には非力とは思いますが… （ストッパ動かすのには適しているかも） 後はアイセルのミリオンプレスとかみたいな高推力ロボシリンダとかも検討の価値有りと思います。
加工ヘッドの送りが、位置制御はそれほど必要なく、速度の制御のみが目的であれば、油圧シリンダで可能かと思います。 加工送りに切り替える位置にリミットスイッチ等を設置し、バルブを切り替える等で実現できます。 切り替え位置は、２、３ｍｍ程度の精度にはなると思います。 送りの力がさほど必要ないのであれば、エアハイドロを使ったほうが油圧ポンプを使うより安くできると思います。 ただし、位置精度も必要ならば（１ｍｍ以下）サーボモータにしたほうが安上がりだと思います。
今も、油圧サーボってあるのかな？ 高価だし、暖機運転は必要だしですが、油圧アクチュエータ＋ＬＭガイドで動作します。 仕様状態によっては、安価になる場合もあります。（実用無いから、高止まりかも？）
（6）追加 ホビー用NCマシンへ回答したことを思い出し http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=303959&event=QE0004 価格：￥68,500～99,800 ストロークが大きくなると、それなりの価格でも 作業領域: 600x900x120mm US $2,090.01 国内代理輸入はない模様。所詮アフターサービスには期待できないので。
どのレベルでしょう 高速はリニアモーター駆動。しかしボールねじ駆動も加速度1Gを超えるものが普及。 http://www.okk.co.jp/product/hmc_series.html 早送り63ｍ/mim→1000mm/min 小型ではさらに http://www.brother.co.jp/news/2013/sx1/index.htm Z軸の加速度2.2G、X軸2.0G／Y軸1.3G 早送りは始終で速度を下げて衝撃的な動きを避け、その区間長さはパラメータで設定。 早送りG00の速度と切削送りG01の速度上限もパラメータ設定。 なのでG01でも速度を上げれば動作はG00と殆ど違わない 送りスピードはボールねじの剛性如何(精度は別途)とモーター出力が加速度を出せるかで決まります。 製作は モーター／ボールねじ／リニアガイド を個別に選び組立てるよりセットになったロボットのほうが簡単です。値段も・・・・ 円弧送りG02、G03をさせるのは苦しいが遅くなら真似ていどに可。 ロボットはバッと見ぃ百にはなるかと。 しかし、手持ち中古のパーツが使えるなら別だが、また仕様を必要なだけに絞っても、組合せで安くする目途あります? それに貴方の手間コスト。
お礼
ご回答ありがとうございます！ 40kgくらいのヘッドを500mmストローク範囲で動作させるとなると、ボールネジなどの機械加工部品や製缶加工部品も含めて、50万くらいかなと（電装部品は含まず）。 セットになった直動ロボットだと、もっと高いと思ったんですが、そうでもないですか？ サーボを使うと、シーケンサーが触りづらくなる印象もあるんですが、そんなこともないですかね。 設備がほとんどインダクションにエンコーダーをつけて、シーケンサーで数値設定できるようなものが多いものでして。
ご予算と加工精度は？ 現在の日本国内で普通に入手可能な加工機用ＮＣ装置は三菱電機製のみ http://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/products/cnt/cnc/index.html ＦＡＮＵＣ及びその他メーカのＮＣ装置は入手困難 パソコンＮＣも有るが、素人にはまず無理 http://www.kyopal.co.jp/products/nc/ http://www.sangyo-hec.com/case/?id=1311834032-162223 検索すればそれなりに製作記事は見つかるが、、、 http://jisaku-koubou.com/?p=308 簡易版ＮＣも有るにはあるが http://www.mutoheng.com/~deji/positioner/ http://www.kanpul.co.jp/con.html 必ずしも加工機に使えるとは限りません それなりのノウハウが必須 ＜この質問する程度のスキルでは作れません 比較的簡単に使えるのはスギノマシン トランスファマシン組み込み用３軸ＮＣフライスユニット http://www.sugino.com/site/machining-center/list139-268.html 組み込み用を拡大解釈して所謂、単軸ロボット https://www.iai-robot.co.jp/product/multiaxes/ http://www.yamaha-motor.co.jp/robot/lineup/xyx/ 加工機に使う事例はあまり有りませんが ドリル加工やタップ加工程度ならそれなりに
お礼
ご回答ありがとうございます！ 制御系が一番難しく感じる今日この頃です。 すみません予算は300万くらいでなんとかならないかと思っています。ワークの回転やチャックもあるんですが。
回答（１）さんの如くです。 さて、ボールネジとモーターの組み合わせにて、インバータでは10～80ｈｚ ４ポールなら、 ＊ 50Hzで1500rpm（r/min）→ 東日本 ＊ 60Hzで1800rpm（r/min）→ 西日本 ＊ 80Hzで2400rpm（r/min）→ モータの回転数が限界か、ボールねじが危険回転数になるのか ＊ 10Hzで 300rpm（r/min）→ フラットに近いトルクの最低回転数？ でしょうから、モータが高回転仕様にするや、低速トルクのよいインバータにすると、 コストアップとなり、 ? サーボモータを使用した方が安くなるか、同等でスペックの幅が増える ? インバータをサーボコントローラーにより低速と（より高速）対応できるようにする ? 現状のままで、自動でハード的なギヤチェンジをする （部品だけでなく、組立て調整の費用もＯＮしての比較です） も含めたコスト比較となるでしょう。
お礼
ご回答ありがとうございます。 以前は電気関係は業者に任せていたのですが、最近はそうもいかず。。 情報収集したいと思います！
6～120HzのINV専用モータを使えば1/60までの可変速が可能になろうかと思う。 負荷や使用頻度、稼働時間・年間稼働率などを明示にして減速機メーカーor モータのメーカーに直接、問い合わせ或いは選定を頼んでみてはどうだろう？ http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=300517&event=QE0004 マシニング機では、・・・回答(1)の通りです。 起動頻度が多いと減速機では無理というか、C&Bモータでも駄目なことも多い。 起動頻度の回数そして繰り返し精度や信頼性からはサーボに敵わないと思うが, 其処まで精度は要しないのであれば、近年は色々なサーボの親戚もあります↓ じぇじぇ、6/120→1～1/20でした。お恥ずかしい。計算違いでした。
お礼
ご回答ありがとうございます。 INV専用モーター周辺内容をもっと調べたいと思います！
>>マシニング機では サーボモーター 汎用機ではギヤで変速
お礼
ご回答ありがとうございました！。
お礼
ご回答ありがとうございます。 まさにおっしゃるとおりです！物を切断する機械を検討しております。 ワークにより切断位置が少しことなったりするんですが、 種類が多いので、それをすべてプログラムで対応しちゃうと、現場も嫌がるんです。 それで、あくまで簡単にアプローチと加工速度は一定にしておき、チップソーの位置をハンドルで都度調整するといった簡単な設備を検討しているわけです（切断位置精度も大体でよいもので）。 確かに質問の仕方がおかしかったと感じます、いまさらながら（＾＾；） 携わる範囲がいろいろあるんですがどれも勉強が足りません。お恥ずかしい。 サーボモーターはなぜ4000rpmになるかから学習します。インダクションとは構造的に異なるんだったな、、などと思い返しています。 おっしゃる油圧の設備は既設であるのですが、できれば油圧は避けたいのです。 また油圧ユニットを購入したら結構な金額になるような。。 両端にモーターですか！実際にそういうユニットがあるんでしょうか？ IPMモーターを調べてメーカーサイドと話したのですが、速度差が激しいから厳しいようなことを第一報で頂きました。 やはり直動サーボユニットがよいのかなと悩んでいます。 ざっくり切断するだけなのにサーボなんか使わないで、頭つかえと言われそうです（＾＾；）