少し前に、アルミニウムと軽量鋼の機械加工を計画しているお客様と、カスタム CNC フライス盤プロジェクトについて話し合いました。
彼の主な懸念は価格だけではなく、次の点にもありました。
- 機械剛性
- 位置決め精度
- プリロード品質
- コンポーネントの互換性
- 長期的な信頼性-
これは実際、CNC 機械プロジェクトでは非常に一般的です。多くの機械メーカーはスピンドルとモーターに多額の資金を費やしていますが、直線運動システムの重要性を過小評価しています。
実際には、CNC マシンのパフォーマンスは以下の品質に大きく依存します。
- リニアガイドレール
- ボールねじ
- サポートブロック
- プリロードマッチング
- 組立精度
間違った 3 軸ボールねじシステムを選択すると、次のような問題が発生する可能性があります。
- 切断時の振動
- バックラッシュ
- 表面仕上げが悪い
- 精度が不安定
- 過度の騒音
- 機械寿命の短縮
この記事では、実際のエンジニアリング上の考慮事項に基づいて、CNC フライス盤に適切な 3 軸ボールねじシステムを選択する方法を説明します。
3軸ボールねじシステムとは何ですか?
3 軸ボールねじシステムは通常、CNC 機械の X- 軸、Y- 軸、Z- 軸で使用される完全な直線運動伝達システムを指します。
一般的な CNC リニアモーション システムには、リニア ガイド レール、ベアリング ブロック、ボールネジ、ボールネジ ナット、BK/BF サポート ユニット、カップリング、ステッピング モーターまたはサーボ モーター、モーター取り付けブラケットが含まれます。
CNC フライス盤では、3 軸すべてが連携して高剛性で安定した動作制御を行う必要があります。
単純な木工ルーターとは異なり、アルミニウムやスチールの切断機は機械構造に対してはるかに高い要求を課します。
CNC フライス盤で剛性が重要な理由
初めて CNC を作成する人の多くは、主に速度やモーター出力に重点を置いています。-
ただし、多くの場合、加工品質を決定する実際の要因は剛性です。
アルミニウムまたは軽量鋼を切断する場合、機械は大きな切削力を受けます。リニアガイドやボールねじシステムの剛性が不足すると、機械に次のような問題が発生する可能性があります。
- 振動
- びびり跡
- 不正確な寸法
- 切り込み深さが不安定
- 工具の摩耗
これが、多くの CNC ビルダーがヘビーデューティ用途向けに HGR15 や HGR20 のような小さいサイズではなく、HGR25 リニア ガイド レールや HGR30 レールを好む理由です。-
大きなレールでは次のことが可能になります。
- より優れた耐荷重性
- より高い構造剛性
- 安定性の向上
- 変形に対する優れた耐性
中型の CNC フライス盤では、HGR25 が最も一般的に使用される選択肢の 1 つです。{0}}
各軸に適したボールねじの選択
ボールねじの選択は、機械サイズ、軸荷重、移動長、移動速度、切削力、モータートルクに基づいて行う必要があります。
ほとんどの中型 CNC フライス盤では、SFU2005 ボールねじが X 軸と Y 軸に広く使用されています。-
SFU2005が人気の理由
「2005」とは次のことを意味します。
- ネジ径20mm
- 5mmリード
この組み合わせにより、剛性、位置決め精度、耐荷重、速度制御のバランスが取れています。
アルミニウムの機械加工では、直径が大きいため長い移動距離でのたわみが軽減されるため、SFU2005 が好まれることがよくあります。
Z-軸はどうですか?
Z- 軸は通常、移動長は短くなりますが、垂直方向の荷重集中が高くなります。
多くのビルダーは、スピンドル重量と機械設計に応じて、SFU1605 または SFU2005 を選択します。
SFU1605 の利点:
- 軽量化
- 慣性の低下
- モーターの加速が容易に
- コンパクトな Z- 軸構造に最適
SFU2005の利点
- より高い剛性
- より優れた重負荷サポート-
- 振動の低減
より重いスピンドル設定の場合は、一般に SFU2005 がより安全な選択です。
プリロードが重要な理由
多くのサプライヤーが無視している詳細の 1 つはプリロードです。
ただし、予圧は CNC 機械の精度にとって非常に重要です。
リニアガイドの予圧は、クリアランス、振動、位置決め誤差、動作の不安定性を軽減します。
多くのプロの CNC ビルダーは、G2 プリロードまたは G3 プリロードを好みます。これは、プリロードされたシステムの方が切断中の剛性が優れているためです。
適切な予圧がないと、高品質のレールが使用されている場合でも、機械にバックラッシュや振動が発生する可能性があります。{0}}
同時に、過度の予圧がかかると、摩擦、熱、モーター負荷が増加する可能性があります。
バランスの取れたプリロード構成は、長期的なマシンのパフォーマンスにとって重要です。{0}}
HGR25 と HGR30: どちらを選択するべきですか?
多くの CNC ビルダーは HGR25 と HGR30 の間で迷っています。
どちらも CNC フライス盤の一般的な選択肢ですが、優先順位が異なります。
| モデル | 利点 | 適切な用途 |
|---|---|---|
| HGR25 | 低コスト、軽量、設置が簡単 | アルミ切削中型CNC機械 |
| HGR30 | より高い剛性と耐荷重性 | 重量ガントリー構造、鋼材の切断 |
ほとんどのアルミニウムおよび軽量鋼の用途では、HGR25 を強力な機械フレームと組み合わせることですでに十分です。
HGR30 は、より大型のガントリー機械、積極的な切削、高主軸出力および産業用アプリケーションにとってさらに魅力的になります。
DIY CNC ビルドでよくある互換性の問題
カスタム CNC プロジェクトにおける最大の問題の 1 つは、互換性の不一致です。
多くのユーザーは、さまざまなサプライヤーからコンポーネントを個別に購入し、後で組み立ての問題に気づきます。
一般的な問題には次のようなものがあります。
BK/BF サポートのマッチングが正しくない
ボールねじの端部加工によりサポートブロックとの嵌合がうまくいかない場合があります。
カップリングのサイズの不一致
モータ軸径とボールねじ軸径がカップリングと一致しない場合があります。
ナットハウジングのアライメントの問題
ナット ハウジングの設計が不適切だと、位置合わせエラーや摩擦の増加が発生する可能性があります。
レールとブロックの非互換性
ブランドが異なると、若干異なる公差や寸法が使用される場合があります。
モーターブラケットの位置誤差
ブラケットの設計が不適切だと、モーターの位置調整に問題が生じる可能性があります。
これが、多くの CNC ビルダーが完全な CNC ボールねじキットまたは完全な直線運動ソリューションを 1 つのサプライヤーから購入することを好む理由です。
3 軸ボールねじキット一式と個別購入の比較
1 つのサプライヤーから完全な 3 軸ボールねじシステムを購入すると、いくつかの利点があります。
互換性の向上
すべてのコンポーネントは出荷前に照合されます。
より簡単な設置
組み立てプロセスが大幅に簡素化されます。
リスクの軽減
加工ミスマッチや寸法誤差が少なくなります。
簡易配送
通常、複数のサプライヤーから調達するよりも、1 回の発送の方が簡単で安価です。
テクニカルサポート
完全なサプライヤーは、以下の互換性の検証を支援できます。
- リニアレール
- リニアブロック
- ボールねじ
- サポートユニット
- カップリング
- モーター
海外発送後の互換性のない部品の交換は多大な費用がかかる可能性があるため、多くの海外購入者にとってこれは特に重要です。
転造ボールねじと研磨ボールねじのどちらを選択すればよいですか?
これも CNC マシン プロジェクトでよくある質問です。
多くのユーザーは次のように混乱しています。
- C7 転造ボールねじ
- 研削ボールねじ
実際には:
- C7 は一般的に転造ボールねじと関連付けられます
- 精密研削ネジには C5 または C3 が一般的です
ほとんどのアルミニウム CNC フライス盤では、高品質の転造 C7 ボールねじですでに十分です。{0}
研削ボールねじは次の場合により重要になります。
- 超高精度加工-
- 研削盤
- 半導体装置
- 高速産業オートメーション-
正しい選択は、実際の加工要件と予算によって異なります。
中型 CNC フライス盤の推奨構成
アルミニウムおよび軽量鋼の切断の場合、一般的な構成には次のものが含まれます。
X-軸
- HGR25レール
- HGW25ブロック
- SFU2005 ボールねじ
- BK/BFサポートユニット
- 閉ループ NEMA23 モーター-
Y-軸
- HGR25レール
- SFU2005
- 中予圧
- リジッドカップリングシステム
Z-軸
- HGR20またはHGR25
- SFU1605またはSFU2005
- コンパクトモーターブラケット
- 移動質量の低減
このタイプのセットアップでは、剛性、精度、コスト、信頼性のバランスが取れています。
まとめ
CNC マシンの安定性は、その直線運動システムと同等です。
適切な 3 軸ボールねじシステムを選択することは、単にレールとねじを個別に選択することだけではありません。本当の課題は、機械全体にわたって適切な互換性、予圧、剛性、および組み立て精度を確保することです。
アルミニウムおよび軽量鋼の機械加工では、コンポーネントを適切に適合させると、以下の点が大幅に改善されます。
- 加工品質
- 切削安定性
- 位置決め精度
- 機械の寿命
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