中華製 24,000回転 1,500W スピンドルモーター -2

激安中華スピンドルモーターが届いた。
注文してから約1週間で届いた。早い。
DHLだったのか良かったのかもしれない。

箱を開けてみる。
きちんと注文したモノは揃っていたが、ケーブル類の付属は一切無い。
ケーブルは自分で用意しなければいけないのだ。
インバーターのマニュアルは入っていたが、スピンドルのマニュアルは無い。

想定外だったのは、スピンドルモーターの重量が重たいこと。
モーター本体より、四角い外枠が重いように思う。アルミではなく鋳鉄製っぽい。
購入したサイトを見ると、3.5kgもある。今のステップモーターでZ軸を動かせるか不安。
四角い外枠の付いたスピンドルモーターを購入する際は、重量に注意した方がよい。

ケーブルの接続をする。
スピンドルモーターはUVWの3線のはずだが、コネクタがなぜか5ピンもある。

ネットで調べると1,2,3につなげると良いらしい。

インバーターの左側の端子にコンセントのケーブルを接続し、右から2番目の3つにモーターを接続する。

動作させてみる。
インバーターの「RUN」ボタンでスタート、「STOP」ボタンで停止する。
スムーズかつパワフルだ。しかも静か。
つまみを動かすことで、回転速度を調整できる。
つまみを右にいっぱい回すと400Hzで24000回転になる。
最高回転でも振動もなく超絶スムーズ。

何かおかしいと思ったら、スピンドルが逆回転していた。これは、インバーターとスピンドルを接続している、UVWのケーブルどれか2つを入れ替えるだけでよい。
マニュアル通り結線したつもりだが・・・まぁいいか。

トゥールビヨン キャリッジの切削

数々のカイゼンの結果、トゥールビヨンの柱部分の加工精度が上がった(マシになった)ので、時計づくりを再開する。

こんな感じで加工パスの定義。
荒削りと仕上げ削りの2種類の定義が必要で、頭がこんがらがる。

無事完成。3回失敗して4度目の完成。

柱部分もキレイにできた。(ピンボケですみません。)
某氏の初期型キャリッジに酷似しているが・・・とりあえず模倣から入ろうと思う。

今回いろいろな加工精度のカイゼンを行ったが、一番効果のあったのは加工パスのカイゼンだと思う。
加工の順番、工具のXYおよびZの移動速度、パス深さ、粗削りと仕上げ加工のパスの公差など、考慮すべきことはたくさんある。しかしネットには、これが正しいという正解は無い。
最適値を求めるには、失敗して試行錯誤するしかないのだ。

中華製 24,000回転 1,500W スピンドルモーター

AliExpressというサイトを見ると、高性能なスピンドルモーターが激安で販売されている。AliExpressは中国のサイトだが、ソフトバンクの孫さんも出資したという、ちゃんとしたサイトだ。

24,000回転のスピンドルモーターがインバーター付きで173ドル、日本までの送料込みでも240ドルだ。

15,00W、24,000回転、振れは0.005未満 と夢のようなスペックだ。

出費は痛いが・・・購入した。
電圧は100V対応が欲しかったので出品者と何度かメッセージのやりとりしたが、中学レベルの英語とgoogleの翻訳機があれば十分だ。
中国からの発送なので、いつ届くかわからない。

もっと上のスペックで、2,200Wの水冷式のスピンドルもある。
これでも270ドル。すごいなぁ。

Z軸原点検出装置の開発

CNCで、エンドミルのZ軸の原点を決める方法は、ネットで調べると3種類ある。
(1)コレットナットをゆるめた状態で、エンドミルをワークまでストンと落とし、そのままコレットナットを締める。
(2)エンドミルとワークの間に紙を挟み、紙が動かなくなるまでZ軸を下げる。
(3)テスターでエンドミルとワーク間の通電をチェックする。

(1)はシンプルだが、私の使っているER11コレットは、ナットを締めるとなぜかエンドミルが上がるためNG。
とりあえず(2)の方法をやっていたが、結構誤差が出る。
エンドミルは簡単に紙を突き抜けるので、正しい位置が定まらないのだ。

(3)が一番確実だと思う。
簡易な検出装置をつくった。
例のごとく、100均で材料を購入。
ブザーとライトがセットになったスグレモノ。
分解すると、ボタン電池が3個も入っている。
電池付きで100円ですから。スゴイデスネー(爆)

ブザー部分をバイパスして、ワニクチクリップを接続する。

ブザーがものすごくうるさい(笑)
家族に気を使いながら、ひっそりと作業をしているので、これではダメだ。

今度はライト部分をバイパスする。
うん、いい感じ。
Z軸の調整は、ライトが完全に点灯せず、点滅するくらいが良いようだ。

掃除機をパソコンから制御する

集塵のための掃除機のON・OFFをパソコンから制御する。
切削が始まると自動的に掃除機のスイッチがONになり、終了すると自動的にOFFになるようにする。
そんなに難しいことではなく、現在スピンドルのON・OFFの制御はされているので、それに連動させるだけでよい。

掃除機のON・OFFは、家にあったオムロンのリレーを使う。
アイリスオーヤマの掃除機は、「弱」が無く、「通常」と「強」しかないので、ACの電圧コントローラーも間にかます。

試してみた。
残念ながら、自動でスイッチONはできない・・・。
掃除機はスイッチONにした状態で電源を切るとスイッチが切れる仕様なのだ。
自己保持回路かな?←知ったかぶり
まぁ自動でOFFできるだけで十分なのでよしとする。
電圧コントローラーは調整が微妙だ。ダイヤルを一番右にまわしていると掃除機は動くが、少し左に動かすだけて弱にならず止まってしまう。ほんの少しだけ左に動かすと弱くなったので一応使えた。

CNCの集塵機能

中華製スピンドルモーターに交換してから、削りカスが方々に飛び散るようになった。原因は、モーターを冷却するために送り出す気流だ。

ちゃんとした集塵装置をつくろうと思う。
で、近所の100均セリアで、弁当箱を購入。
お掃除ブラシも100均だ。100均スゴイデスネー。

いろいろ加工して完成。

ブラシ部分は弁当の本体なので簡単に取り外しできる。
CNC本体には、弁当の薄い蓋が固定されているだけなので、メンテナンス性も良好だ。

試してみる。ほぼ完ぺきに削りカスが吸い込まれる。

気に入らないのは、使ってる紙パック式の掃除機がうるさいこと。
パワーを「弱」にしてもジェット機のようなキーンという音が耳障りだ。
アマゾンでアイリスオーヤマの低騒音タイプの掃除機をぽちった。

期待していたほど静かではなかったが、今の紙パック掃除機より確実に静かになった。

スピンドルモーターを直付け

以前から気になっているのはスピンドルまわりの振動と騒音だ。
今回、高出力のモーターに置換したため、さらにひどくなった。
作動中にスピンドル部分を手で触ると、明らかに振動している。
この振動が加工に悪影響を与えている可能性がある。
スピンドル部分のベアリングを交換したが全く改善されない。スピンドル自体はスムーズに回る。
となると、原因はプーリーとベルトまわりの振動ということになる。

この写真はカイゼン前

で、スピンドルモーターをプーリーを介さずに直接取り付けてみた。

まず感じたのは、動作音がすごーく静かになったことだ。モーターは最高回転でもプーリー駆動とは比べ物にならないくらい静かだ。
この中華製スピンドルモーター、スピンドルの振れはチャックしたエンドミル部分で0.07mmもある・・・。さすが中華クォリティ。
あーーナカニシのスピンドルモーターが欲しい。

で、トゥールビヨンの柱を加工してみた。
加工精度は、あんまりカイゼンされない(爆)
相変らず、キャリッジの柱は0.15mmほど小さく可能される。
加工精度はカイゼンされなかったが、動作音がかなり静かになったので、とりあえずこれでいく。
あーーナカニシのスピンドルモーターが欲しい。(2回目)
いろいろ試行錯誤したスピンドルモーターだが、結局、直付けで落ち着いた。

スピンドルの振れ

スピンドルの振れを計測してみる。
既にヤフオクでデジタル ダイヤルゲージは購入している。磁石で固定する台付きで3,000円くらい。安い。

0.14mmも振れがあるやんけー。
こんなに振れがある状態で今まで切削していたとは・・・ショックだ。

犯人は分かっている。
ER11コレットホルダー おまえだっ!
軸の付いていないER11は、基本的にダメだと思った方がいいかも。
ER11コレットホルダーを外した。かなりいい感じでがっちり圧入されているので抜くのが大変だった。

軸だけでセンターを計測した。ばっちり0.00だ。

軸の太さは6パイ
ちょうどいい具合に、ER11と6パイの軸が一体になったコレットフォルダーが部屋に転がっていたので、これで試してみる。

スピンドル部分をバラす。めんどくさい。時計を作りたいだけなのに・・・何やってんだ俺。
で、置換完了。

スピンドルの振れは・・・0.01mmまで低下。
1桁マイクロでないのが残念だが、末端のチャックしているエンドミル部分の振れなので、まぁ合格ラインではないでしょうか。

早速切削してみる。
前回と同じくトゥールビヨンの柱部分を試してみる。

うーーん。
まだ0.15mmほど小さく加工される。
改善前の0.26mm前後に比べると確実に改善されているが、それでもイマイチだ。

他の原因として考えられるのは、振動だろうか。
今日は、時間切れなので、またいろいろ調べてみる。

トゥールビヨンの柱部分の加工テスト

トゥールビヨンの柱部分をCNCで切削すると、上にいくほど細く加工され、円もキレイにできない。
これを改善しないと美しい部品はつくれない。
まずは加工のテストをしてみる。

捨て板は真鍮板とし、あらかじめフライスでさらって平面出しをする。シマシマに見えるが指で触るとツルツルしている。

材料(ワーク)はジュラルミンA2017。
材料の固定は両面テープをやめ、先ほどの真鍮板に瞬間接着剤でがっちり固定する。
バイスが無いので、裏蓋を閉める道具で固定。

加工してみた。
エンドミルは大きめの4mmを使用。エンドミルは太い方が振動が少ないので正確な加工ができる。
(少し前まで、細い方が正確な加工ができると勘違いしていた・・・)
加工速度は、F400からF100に下げた。
荒削りは設計より0.2mm大きくし、仕上げで削りで設計通りの切削をし、最後にゼロカットする。

うーーんイマイチ。
丸の形状は比較的キレイにできたが。
柱の細い部分は設計値 1.20ファイなのに、0.94ファイしかない。
柱の太い部分は設計値 1.50ファイなのに、1.22ファイしかない。
つまり、設計値より0.26mm~0.28mmも小さく加工される。

前から、ポケット加工、島加工すると、島の部分は設計値より小さく、外周部分は設計値より大きく加工されていた。
材料の固定方法を変えてもあまり改善されない。

原因はだいたい分かっている。
それはスピンドルの振れだ!
既に、ヤフオクでデジタル ダイヤルゲージは購入している。

カイゼン4 製作方法のカイゼン

トゥールビヨンのテンプ、アンクル、ガンギの入る穴石は、上下がぴったりと合っていないと時計は動かない。
また、穴石が入る穴の間の距離も、かなりの精度が要求される。
極論を言うと、各穴の距離さえ合っていれば、他はダメダメでも時計は動く。ちなみに縦距離(アガキ)も重要だが穴石の移動で調整可能なのである程度融通が利く。
つまり、穴石間の距離は、最も重要な要素なのだ。

最初は上下の穴を個別にCNCの切削で開けていたが、まったく上下が合わなかった。

少しカイゼンし、アンクル、ガンギの穴は、片方の穴はCNC切削中で開け、もう片方の穴は、部品を組み立てた状態で、開いた方の穴をアンナイにボール盤で穴を開けていた。
また、テンプの穴石の入る穴は、時計旋盤にキャリッジを固定し、かなり強引な方法で穴を開けていた。
これで上下のズレはカイゼンされたが、それでも穴石間の距離は計通りにならない。

キャリッジに最下部のパーツをジグに接着剤でがっちり固定して加工する。加工後、そのパーツは外さない状態で、キャリッジの組み立てをし、CNCを手動送りして穴をあける。
まず下穴を開け、CNCのXYは一切動かさず、Zだけ動かし、部品を組み立て後に上穴を開ければ、上下は完全に一致するはずだ。

ほとんど全てのカイゼンは、先日ご紹介した浅岡氏のSNSから得た情報である。
本場スイス人でさえ、こんな詳しい情報を公開している人はいない。日本人に生まれてヨカッター。