工作機械 - 正確な加工作業のための高精度エンコーダ


今日のものづくりで欠かせない工作機械。ミーリングや旋削、研削、放電加工、レーザー加工、3D プリントなど、さまざまな種類の機械が活躍しています。

加工におけるポジションエンコーダの役割

光学式エンコーダや磁気式エンコーダを含む、さまざまなレニショー位置エンコーダ.jpg

日本の精密加工

日本の工作機械市場は、最先端の技術、精密工学、信頼性で世界的に際立っています。

製造の専門知識の強固な基盤と高品質の機械に対する評判により、日本の工作機械業界は、技術革新の推進、経済成長の促進、国内の国際競争力の強化において重要な役割を果たしています。

精密加工には正確な位置制御と動作制御が欠かせません。位置制御が不安定な機械でパーツを製造していては、ミスや材料の浪費、生産性の低下につながるおそれがあり、無駄なコストがかかってしまいます。モーションシステムを使う機械のパフォーマンス確保にはエンコーダが役に立ちます。

5 軸 CNC フライス盤の図解。リニア、スピンドル、回転モーション制御におけるエンコーダの役割を説明します.jpg
5 軸 CNC ミーリング機.jpg
5 軸 CNC ミーリング機



直線軸


工作機械の過酷な環境でも安定して動作できるよう、振動やクーラント、温度の変化に耐えられるよう設計されたのがクローズドタイプリニアエンコーダです。

  • 位置フィードバック: 直線軸の正確な位置がリニアエンコーダからリアルタイムにフィードバックされます。この位置情報は、プログラムの指令通りに工具やワークを配置するために極めて重要です。
  • クローズドループ制御: CNC システムのクローズドループでは、リニアエンコーダからの情報が指令位置と常時比較されます。差が見つかると、実際の位置と指令位置が同じになるよう、モータの動きが調整されます。
  • 精密加工: リニアエンコーダの分解能の高さにより、CNC 機械の非常に細かな位置決めが可能になります。細かな位置決めは、高品質な精密パーツの製造に欠かせません。

5軸CNCフライス盤に取り付けられたFortis密閉型リニアエンコーダシステムのアニメーションは、リニア軸の位置に関する正確でリアルタイムのフィードバックを提供します.gif

レニショーの FORTiS™ は、クーラントや切り粉などに極めて強い耐性を有するアブソリュートエンコーダです。




主軸


主軸用エンコーダは、高精度 CNC 工作機械やマシニングセンターなどに最適な機器です。

CNC の自動工具交換やねじ穴加工を思い浮かべてみてください。角度と回転速度、送り速度を正確に同期させる必要があります。リニアエンコーダ同様、工業用途での厳しい要求を満たすためには主軸用エンコーダが欠かせません。

  • 速度制御: 主軸の回転速度についてのフィードバックを返します。指令どおりの回転速度で加工するために不可欠な情報です。この速度情報をもとに、指令値に合うようリアルタイムで調整されます。
  • 工具の同期: 複数工具を使う加工や工具交換時、主軸用エンコーダによって主軸の動きが同期して交換がスムーズになり、工具とワークの衝突が防止されます。
  • 熱補正: 熱に起因する主軸の変化についてフィードバックして、熱補正にも貢献するのが主軸用エンコーダです。主軸用エンコーダからフィードバックされた情報をもとに、加工パラメータが補正されます。

Spindle of a 5-axis CNC milling machine.jpg
CNC マシンのスピンドル軸と推奨されるエンコーダ ソリューション.jpg CNC mashin no supindoru-jiku to suishō sa re r

SpinCo™ は、工作機械主軸の主要位置/速度フィードバックセンサーとして使用するのに適した、磁気式インクリメンタルエンコーダです。




回転軸


ダイレクトドライブロータリテーブルは、生産性の向上を目的として一般的に採用されています。精度を確保するために、スケールとリードヘッド間に機械的な接合が存在しないオープンタイプのエンコーダがたいてい組み込まれます。

5軸CNCフライス盤の回転テーブルの動きのアニメーション.gif

  • 角度位置情報のフィードバック: エンコーダから、ロータリテーブルの角度位置が出力されます。この位置情報は、ワークを特定の角度に傾ける必要がある場合に必要です。
  • 割り出しと輪郭削り: CNC 機械では、割り出しや輪郭削りのためにロータリテーブルがよく組み込まれます。ワークを正確に傾け、複雑な加工を行うには、ロータリエンコーダからの情報が必要不可欠です。
  • 複数軸の連動: 複数軸の機械では、ロータリエンコーダが各軸の動作の連携に一役買います。ロータリエンコーダからのフィードバックをもとに、ロータリテーブルの回転が他の直線軸や回転軸と同期されます。

Haozhi の現場作業員が、レニショーの RESOLUTE 真のアブソリュート エンコーダをダイレクト ドライブ モーターに取り付けているところ.jpg
Haozhiのダイレクトドライブ回転テーブルには、RESOLUTEの真のアブソリュートエンコーダが搭載されています.jpg
Haozhi 社のダイレクトドライブモータには、精度向上のために RESOLUTE エンコーダが組み込まれています


RESOLUTE™ は、最高分解能 1nm、最高速度 100m/s で、非常に優れた位置測定パフォーマンスを誇るアブソリュートエンコーダです。




工業環境での精度


レニショーのクローズドタイプエンコーダやロータリエンコーダ、主軸用エンコーダは、高い精度と信頼性、耐久性を誇り、誤差の低減やダウンタイムの短縮に貢献します。工業環境でも高精度な位置フィードバックが可能です。




工作機械向けにエンコーダを選定する際に考慮する要素

下表に、工作機械にエンコーダを選定する際に考慮する、エンコーダの精度、環境条件、取付け条件などといった代表的な要素を記載します。

工作機械

パフォーマンス

✔ スケール精度
✔ スケールリニアリティ
✔ 分解能
✔ 周期誤差
✔ スケールの熱膨張率
✔ 速度
✔ コントローラの入力周波数
✔ ケーブルの曲げ半径
✔ ケーブルの屈曲寿命



環境

✔ 温度
✔ 湿度
✔ 振動
✔ 電磁両立性 (EMC)
✔ IP 保護等級

取付け

✔ 寸法
✔ 取付け方 (上面または側面)
✔ 取付け高さの公差
✔ ヨー、ピッチ、ロール
✔ リードヘッドの移動方向
✔ ケーブルの引出し方向
✔ コネクタ
✔ 機材のタイプ
✔ 取付け手段
✔ 基準点
✔ リミット


その他

✔ アナログ、デジタル
✔ 内挿分割クロック周波数
✔ アラームタイプ
✔ リファレンスリミット
✔ 終端処理
✔ プロトコル

サクセスストーリー: 工作機械

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HEAKE 社の安定した高品質製品の製造に貢献している

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安定した高品質製品の製造に貢献している



Renishaw_Fortis_HEAKE.jpg

工作機械の精度はさまざまな環境要因や機械要因に左右される。パーツの熱膨張、ガイドレールやベアリングの不具合などである。

これらの要因を抑えて機械の精度を確保するために、設計でさまざまな工夫が施される。また、機械精度は、アセンブリ工程を最適化して熱膨張による誤差を補正すること、そして高性能な位置フィードバック/モーションコントロールシステムを採用することでも向上させることができる。 HEAKE Precision Technology 社 (以下、HEAKE 社) が自社の最新マシニングセンターに採用したのが、レニショーの FORTiS™ クローズドタイプリニアエンコーダである。


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FORTiS™ エンコーダの仕様は他の競合品と比べても遜色なくトップクラスでしたし、精度という点ではベストな製品です。


それに取付けも簡単です。セットアップ LED を見ながら作業すれば、1 軸あたり平均 7 分で取付けが終わります。直線軸が 3 軸ある LH800 なら、全部で 30 分もかかりません。以前テストしたことのある違うエンコーダだと、この倍はかかっていました。

HEAKE Precision Technology 社 (台湾)Close quotation mark



ダイレクトドライブモータのパフォーマンス向上


Haozhi 社 は、工作機械やロボットで使うダイレクトドライブモータのトップメーカーである。

同社のモーションコントロール製品において最も重要なコンポーネントのひとつがエンコーダである。ロータリモータには、周期誤差、ジッタ、取付け誤差 (リングスケールの偏心を含む)、スケールの目盛り誤差、モータとリングスケールの結合ミスなどが大きく影響する。

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その点、LA11 は 1 組のリードヘッドとスケールで両方の情報を出力できて省スペースになるので、理想的でした。

RESOLUTE は、FANUC、Mitsubishi、Siemens DRIVE-CLiQ、BiSS® といった主要プロトコルに対応しています。

Haozhi Mechanical and Electrical 社 (中国)Close quotation mark



マルチアクシスロータリテーブルの画期的な設計

複数軸機の技術が成熟するに合わせ、ロータリテーブルの高精度化や高速化の需要も増している。

台湾の工業技術研究院は、高度な 2 軸ロータリテーブルを開発することで、このトレンドに対応している。このロータリテーブルには、Panasonic シリアル通信プロトコルで Panasonic ドライバ/コントローラと直接通信可能な RESOLUTE が組み込まれている。


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加工環境は切り粉やオイル、クーラントで汚れやすいのが普通ですが、オープンタイプエンコーダをモータに組み込めば影響を受けません。

それに、RESOLUTE 自体も高い耐環境性能 (IP64) を誇ります。

工業技術研究院 (台湾)Close quotation mark








推奨ソリューション

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マルチアクシスロータリテーブルの画期的な設計

台湾の工業技術研究院は、高度な 2 軸ロータリテーブルを開発することで、市場トレンドに対応している。このロータリテーブルには、Panasonic シリアル通信プロトコルで Panasonic ドライバ/コントローラと直接通信可能な RESOLUTE™ が組み込まれている。


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加工環境は切り粉やオイル、クーラントで汚れやすいのが普通ですが、オープンタイプエンコーダをモータに組み込めば影響を受けません。

工業技術研究院 (台湾)Close quotation mark


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コストとテクノロジーの絶妙なバランス

SOLPOWER 社は、ダイレクトドライブ (DD) ロータリテーブル、一体型主軸モータ、リニアモータなどの台湾メーカーだ。業界で生き抜いていくには、製造コストのコントロールが欠かせない。


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費用対効果の極めて高いロータリテーブルを開発しました。設計、コンポーネントの調達、そして製造に至るまで、厳格にコストをコントローラしたのです。

その中でもカギとなったのが、主要サプライヤであるレニショーさんです。

SOLPOWER 社 (台湾)Close quotation mark




推奨ソリューション

工作機械

工作機械用

Paint Point #1

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Paint Point #1

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Paint Point #1

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Paint Point #2

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Paint Point #2

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Paint Point #3

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Paint Point #3

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Paint Point #3

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RESOLUTE™ アブソリュートエンコーダ

高速高分解能を誇る真のアブソリュートエンコーダです。電源の ON と同時に位置を取得するため、なめらかな速度制御が可能で、高い位置安定性を発揮します。リニアシステムとロータリシステムのどちらも構築可能で、複数のシリアルインターフェースに対応しています。

高速

汚れに対する優れた耐性

低周期誤差

低ジッタ

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FORTiS™ クローズドタイプリニアエンコーダ

過酷な環境向けに設計、開発した次世代型クローズドタイプエンコーダです。既存システムをベースにした高い測定パフォーマンスと、極めて高い耐環境性能を誇ります。

✔ 業界実績のある位置測定

優れた密閉性

簡単取付け

✔ 非接触式

SpinCo™ 磁気式インクリメンタルエンコーダ

工作機械の主軸用に設計されたエンコーダです。リードヘッドと磁気リングから構成されます。

✔ 高速

堅牢設計

✔ 高い信号安定性

✔ 小型リードヘッド

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ケーススタディ

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