選択は、 レーザー切断機用のサーボモーターの 各軸の動作要件から始まります。移動質量、加速度、伝達比、デューティ サイクル、およびコントローラーの互換性はすべて重要です。モーターのワット数だけでは、切断速度や位置決め精度を確立できません。
機械製造業者と改造購入者の目的は、定義された誤差制限内で必要な軌道をたどることができるモーターと互換性のあるドライブを選択することです。機械システム、CNC コントローラー、レーザー プロセスは、同じパフォーマンス目標をサポートする必要があります。
このガイドは、モーターのサイジング、フィードバック、デュアルドライブ ガントリーの同期、コミッショニングなど、X/Y 軸のモーション コントロールに焦点を当てています。
目次
レーザー切断機は、軸の動きをレーザー出力と調整して、プログラムされたパスに従います。動作エラーは部品の形状に影響を与える可能性があり、振動や不適切な速度の変化は切断に影響を与える可能性があります。
ただし、エッジの品質は、焦点、レーザー出力、アシストガス、材料、プロセス設定にも依存します。サーボのアップグレードでは、すべての切断欠陥を修正できるわけではありません。
一般的な移動ガントリー構成では、1 つの軸がブリッジに沿ってカッティングヘッド キャリッジを移動させます。もう 1 つは、キャリッジおよび関連機器を含むブリッジ アセンブリを移動します。
軸の名前はマシンの設計によって異なります。 X が常に軽い負荷を運ぶと仮定するのではなく、実際のレイアウトを確認してください。
動作要件 |
ヘッドキャリッジ軸 |
橋梁走行軸 |
|---|---|---|
移動荷重 |
カッティングヘッド、キャリッジ、および付属コンポーネント |
橋、台車、その他の移動装置 |
重要なサイジング入力 |
ケーブルの抗力、摩擦、加速、伝達 |
総移動質量、トランスミッション、駆動装置の配置 |
機械的な懸念 |
キャリッジの剛性、ベルトのコンプライアンス、反転動作 |
ブリッジの剛性、アライメント、およびラックの可能性 |
コントロールに関する懸念 |
短い移動や方向変更時の追跡 |
2 つのドライブが使用される場合の追跡と同期 |
ケーブルキャリア、ホース、継手、可動モーターまたはギアボックスアセンブリを負荷評価に含めます。
サーボ システムはフィードバックを使用して動作を調整します。アーキテクチャに応じて、位置、速度、および電流の制御機能がコントローラーとドライブの間で共有されます。
フィードバックは、システムが逸脱を検出して修正するのに役立ちます。加速時や切削時の追従誤差ゼロを保証するものではありません。許容可能なトラッキングエラーと輪郭エラーを定義し、代表的な動作条件下でそれらを検証します。
モーターに取り付けられたフィードバックによりモーター シャフトが測定されます。バックラッシュ、ベルトの伸び、エンコーダの下流の構造的なたわみは、依然としてカッティング ヘッドの位置に影響を与える可能性があります。
開ループステッパーは、エラーが検出されずに過負荷がかかると位置を失う可能性があります。閉ループのステッパーとサーボは、異なるフィードバックと動作特性を提供します。実際のトルク速度性能をアプリケーションと比較してください。
必要な動作プロファイルと機械的トランスミッションから始めます。モーターとドライブの組み合わせを選択する前に、各軸を個別に計算してください。
モーターは、負荷を加速し、抵抗を克服するのに十分なトルクを提供する必要があります。また、動作サイクル全体を通じて熱制限内に留まらなければなりません。
チェック：
加減速時の最大トルク。
代表的なデューティサイクルにわたる RMS トルク。
最大軸速度で必要なモーター速度。
その速度で利用可能なトルク。
駆動電流容量と過負荷期間。
減速エネルギーと回生ハンドリング。
周囲温度と取り付け条件。
RMS トルクは熱評価に役立ちますが、長時間の過負荷では、モーターとドライブの許容動作限界を確認する必要もあります。
定格電力の関係は次のとおりです。
トルク(N・m) = 9550 × 出力(kW) ÷ 回転数(rpm)
たとえば、定格回転数 3,000 rpm では、400 W は約 1.27 N・m に相当し、750 W は約 2.39 N・m に相当します。これらは計算例であり、これらの出力クラスのすべてのモーターの仕様ではありません。
300 mm/s や 600 mm/s などの固定線速度は確立されません。線形速度は、ネジのリード、プーリーまたはピニオンの形状、伝達比、およびモーターの速度によって異なります。切断速度はレーザープロセスにも依存します。
慣性マッチングでは、モーター シャフトに反映される負荷慣性とモーターのローター慣性を比較します。ガントリーの質量とモーターの質量を直接比較するものではありません。
減速ギアボックスの後ろの回転負荷の場合、反射負荷慣性は減速比の 2 乗で減少します。荷重を変換するには、ネジ、プーリー、またはラックアンドピニオンの配置に基づいて計算する必要があります。
すべてのレーザー軸の比率を 5:1 未満に維持するという普遍的な要件はありません。許容可能な比率は、ドライブ、機械的剛性、応答目標、およびチューニング能力によって異なります。
モーターの慣性が低いと、モーター自体のローターを加速するために必要なトルクが減少する可能性があります。より高い慣性モーターは一部の負荷に適している可能性がありますが、加速要求も増加します。どちらのオプションが自動的に優れているというわけではありません。
ギアボックスは、バックラッシュ、コンプライアンス、損失、追加コンポーネントを導入しながら、モーター側の負荷慣性を低減し、出力トルクを増加させることができます。
ベルトドライブ、ボールネジ、ラックアンドピニオンシステム、リニアモーターには異なるトレードオフがあります。ダイレクトカップリングは、トルク、速度、剛性、慣性の要件が満たされる場合に適しています。
Tiger Motion をレビューする 標準サーボモーター。 計算された要件に対する設計を最終決定する前に、選択したモデルのトルク-速度曲線、ローター慣性、フィードバック構成、および互換性のあるドライブを確認してください。
適切なモーターには互換性のあるドライブとモーション コントローラーが必要です。ハードウェアを購入する前に、完全な制御アーキテクチャを確認してください。
エンコーダの分解能は、角度位置がどの程度細かく表現されるかを表します。たとえば、17 ビットの 1 回転位置値には、1 回転あたり 131,072 の識別可能な位置があります。 23 ビット値は 8,388,608 です。
これらの数値は、エンコーダの精度やカッティングヘッドの位置決め精度を確立するものではありません。
機械の性能は、伝達誤差、バックラッシュ、構造的なたわみ、アライメント、温度、制御動作にも依存します。エンコーダの分解能、位置決め精度、再現性、動的輪郭精度を区別します。
モーターとドライブのマッチングについては、エンコーダーのインターフェイスと構成を確認してください。高解像度エンコーダは、ドライブがエンコーダをサポートし、機械システムがその恩恵を受ける場合にのみ役立ちます。
パルス/方向および産業用モーション ネットワークが可能なコマンド インターフェイスです。パルス/方向はデジタルです。アナログ接続として説明しないでください。
インターフェースの考慮事項 |
何を確認するか |
|---|---|
パルス/方向 |
電気レベル、信号タイプ、最大パルス周波数、およびコマンド スケーリング |
EtherCAT |
コントローラーのサポート、ドライブの互換性、動作モード、サイクルタイム、同期構成 |
その他のインターフェース |
サポートされているコマンド モード、診断、更新動作、およびアプリケーションの適合性 |
フィードバック |
フィードバックがドライブ内でローカルに閉じられるか、またはコントローラーでも使用されるかどうか |
機械の統合 |
イネーブル、アラーム、ホーミング、リミット、および調整された停止動作 |
EtherCAT は同期した多軸動作をサポートできますが、輪郭エラーを自動的に排除したり、互換性を保証したりするわけではありません。
CypCut、Ruida ベースのシステム、および LinuxCNC は、さまざまなハードウェアおよびソフトウェア構成をカバーします。ソフトウェア名だけに頼るのではなく、正確なコントローラー モデルとドキュメントを確認してください。改造には本質的にカスタム FPGA プログラミングは必要ありません。
一部の幅広ガントリーでは、2 つのモーターを使用してブリッジの反対側を駆動します。この配置では、スキューと機械的ストレスを制限するために制御された同期が必要です。
ガントリーのホーミングとスクエアリング、位置差の監視、障害処理、および 1 台のドライブに障害が発生した場合の停止応答を確認します。
同じコマンドを受信した 2 つのモーターだけでは、ブリッジが正方形のままであることは保証されません。機械的なアライメントとコントローラーのガントリー機能は連携して動作する必要があります。
ステッパーをサーボに置き換えるには、フランジの寸法を一致させるだけでは不十分です。シャフトの形状、取り付け、カップリング容量、供給要件、フィードバック ケーブル、およびコントローラー インターフェイスを確認します。
改造によっては電源の完全な交換やギアボックスの取り付けが必要になる場合がありますが、評価前にどちらも想定すべきではありません。
ガイドの位置合わせ、ラックのかみ合い、ベルトの張力、ベアリング、カップリング、構造の剛性を検査します。機械的な遊びや拘束は、制御の問題に似た症状を引き起こす可能性があります。
メーカーがサポートするチューニング手順を使用してください。自動チューニングは開始点となる場合があります。さらなる調整はアプリケーションに応じて異なります。
過剰なゲインは共振を励起する可能性があります。フィルターやフィードフォワード機能は役立つかもしれませんが、摩耗したコンポーネントや不十分な剛性の構造を修復することはできません。また、すべてのドライブが手動調整用に従来の PID 構造を公開しているわけではありません。
接地、シールド、ケーブル配線、終端については、機器製造元の指示に従ってください。すべてのエンコーダ シールドは一端のみで接地しなければならないという普遍的な規則を適用しないでください。
レーザーを無効にし、保守的なモーション設定でコミッショニングを開始します。パフォーマンスを向上させる前に、方向、スケーリング、制限、ホーミング、および障害応答を確認してください。
次にテストします:
スピードと熱挙動を考慮した長い動き。
加速と安定のための短い繰り返し動作。
調整された動きのための円と対角線のパス。
バックラッシュまたはコンプライアンスの影響による方向の反転。
ケーブルの引きずりや調整のためのフルトラベル動作。
該当する場合、ガントリーの直角化と同期。
最後に、定義された材料とプロセス設定を使用して、代表的な切断ジョブを評価します。寸法結果、輪郭品質、サイクルタイム、アラームを記録します。
実際の生産量の増加を測定します。サーボのアップグレードは、40% の速度向上や一定の投資回収期間といった普遍的な約束をサポートするものではありません。
普遍的なサイズはありません。各軸の移動負荷、伝達、加速度、速度、摩擦、デューティ サイクルを計算します。 「1390」などの機械名称では、モーターを選択するための十分な情報が得られません。
いいえ。トルクと速度の曲線、ローターの慣性、寸法、駆動要件、熱負荷を比較してください。定格出力を高くしても、自動的に輪郭精度が向上したり、切断サイクルが短縮されるわけではありません。
いいえ。インターフェイスはコントローラーのアーキテクチャとパフォーマンス要件に適合する必要があります。 EtherCAT は同期動作をサポートできますが、他の互換性のあるインターフェイスもマシンのニーズを満たすことができます。
いいえ、より詳細な位置情報が得られますが、機械的エラーや制御エラーが発生する可能性は残ります。機械レベルでの位置決めと輪郭のパフォーマンスを検証します。
考えられる原因としては、過剰な制御ゲイン、機械的共振、コンポーネントの緩み、位置ずれ、トランスミッションのコンプライアンス、または不適切な動作設定などが挙げられます。チューニングパラメータを変更する前に、機構を検査し、ドライブ診断を確認してください。
新しいレーザー カッター用のモーターを選択しますか? それとも改造を評価しますか?軸レイアウト、移動質量、トランスミッションの詳細、速度と加速度の目標、デューティ サイクル、供給電圧、コントローラ モデルを Tiger Motion と共有します。
Tiger Motion にお問い合わせください。 モーターのオプションについて話したり、モデル固有の技術情報をリクエストするには、 エンコーダ、シャフト、フランジ、およびケーブルの要件を含めて、見積り前に互換性を確認できるようにします。
