スピンドルモーターの交換 その３

　前回交換したモーター(RS-365SH)を使用して実際に加工して検証してみました。

■実際に加工してみる。

　ちょうどモーターマウントを作る必要があったのでこれを検証がてらに加工してみることにします。被削材はA2017（ジュラルミン） で板厚は5mmです。

▲今回加工するモデル（モーターマウント）

【加工条件】
　ツール：ラジアルエンドミル2mm
　Z切り込み：0.03mm
　送り：5mm/s

　加工時間が両面で約12時間の大仕事です。

加工時間が長いのは純正のモーターに比べトルク(回転数）がないようなので念のため送りをデフォルト設定の半分の5mm/sとしたためです。


　まずは表面側の加工を行います。
　両面加工のため位置決めピンを使用しています。

▲A2017(ジュラルミン)　ｔ5mm

　表面内側のポケット加工終了。

　いい感じです。
　

▲ポケット加工終了

　外形の加工終了。

▲表面の加工終了

　ここまで約９時間と時間はかかりましたが、これぐらいゆるい加工条件だと負荷もほとんどなく（0.1A前後で無負荷状態の0.08Aとかわらない）、工具やモーターの寿命には有利になりそうです。

　
　次に裏面加工です
　ワークを裏面にひっくり返して固定します。
　今回、タブを設けてませんので、切り抜いた部品がズレてしまうので両面テープでも固定しています。（これが後にトラブルの原因になるのですが、、、）

▲裏面加工

　加工時間短縮のために前もって十字に切込みます。（これぐらいのちょっとした工夫でも３０分ぐらいは短縮できます）

▲予備加工

　内側のポケット加工終了。

▲裏面ポケット加工終了

　交換したモーターは特にトラブルもなく、若干純正モーターに比べ発熱があるようですがヒートシンクの効果もあってか50度前後でおさまってますので問題なさそうです。


■トラブル発生！

最後に外形を加工します。
　ここまで特に問題なかったのでもう大丈夫だろうと思い食事の為1時間ほど席を外してたのですが
食事から戻ってみるとMODELAの方からガッガッガッ、ガリガリ、ガリガリと何やらいつもとは違う異音がしています。
　MODELAを見に行くと、本来加工する場所とは関係ないところを無理に削ろうとしてガリガリやってました。慌てて電源を切って加工を中止しました。

▲エンドミルがつけた傷跡

　発生の瞬間を見たわけでないので推測ですがおそらく以下のうようなことが起こったと思われます。

①両面テープでの固定が甘かった為、部品を切り抜いた際に部品がずれてしまう。
②ずれた部品とエンドミルが干渉してステッピングモータが脱調。
③脱調して座標がずれ、関係ないところを加工して更に脱調。

②と③を繰り返してたようです。


　本来、純正のモーターであれば②のモーターがロックした時点で過負荷エラーで止まるはずなのですが今回交換したモーターでは過負荷を検出せずにそのまま加工を続行してしまってます。

■なぜ過負荷エラーにならない？

　MODELAはモーターにおよそ１A以上ながれると保護回路が働き過負荷エラーで止まる仕様になっています。

　RS-365SHのデーターシートをみるとモーターロック時には1.32A流れるので一見問題ないようにみえるのですが実際には0.8Aほどしか流れていませんでした。

　
　モーターの抵抗をテスターで測定してみると21.4Ωありました。

　オームの法則の電流（Ｉ）＝電圧（Ｖ）÷抵抗（Ｒ）にあてはめると

　　　　19V÷21.4Ω=0.88A

実際の測定値とはあってそうです。

　データシートの数値に届かないのは電圧が低いのと、EMIやら配線コードでモーターの抵抗値が増えってしまったからなんでしょうか？とにかくこのモーターでは１A以上ながれないので過負荷を検出できないことになります。

■対策

　過負荷が検出できないと、モーターが焼損したり最悪発火するケースもあるので、無人運転させる際には過負荷を検出してエラーで止まってくれないのはちょっと心配です。

　ただ今回の場合は幸いにもモーターが熱くなる程度で済みましたのでそこまで心配する必要はないのかなという気もします。　どうしても心配な場合はMODELAはモーターが断線した場合もエラーでとまってくれますのでEMIボードにリセッタブルヒューズをとりつけることで対策になるかも？（手元に部品がなかったので未検証ですが）


■まとめ

　今回の検証で過負荷エラーにならないトラブルはありましたが、通常の加工は問題なくできるということがわかりました。（寿命については更に検証が必要ですが）
　難点は入手性でしょうか。自分の場合、正規代理店経由での入手は個数の関係上難しかったのでヤフオクで入手しました。

2013/913現在でもまだ出品されています。
http://auctions.search.yahoo.co.jp/search?auccat=&p=RS-365SH&tab_ex=commerce&ei=euc-jp

　値段が420円と純正モーターに比べて安いのでモーターの消耗が激しいヘビーユーザーの方は予備用に入手しとくのもあり？（ちなみに当方と出品者の方とは一切関係ありませんので）

　普通（？）のユーザーにとっては、パワーが純正より落ちますし、取り付けにははんだ付けが必要になるのでRolandさんが純正モーターを供給してる間は無理してこのモーターを使うメリットはあまりないかもです。

　次回は比較的入手が容易なRC用のブラシレスモーターへの交換に挑戦したいとおもいます。

つづく


■関連記事

・スピンドルモーターの交換　その１
http://modela-fan.blogspot.jp/2013/06/blog-post.html

・スピンドルモーターの交換　その２
http://modela-fan.blogspot.jp/2013/08/blog-post.html

・スピンドルモーターの交換　その４
http://modela-fan.blogspot.jp/2014/06/blog-post.html

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MDX-20/15の後継機? 新型MODELA登場

8/21～27で横浜で開催されたFAB9 第9回 世界ファブラボ会議 でMDX-20/15の後継機と思われるマシンの展示があったようです。Make：FAB9のフォトレポート(http://makezine.jp/blog/2013/08/fab9-report.html)内でチラッと紹介されてます。

　切削加工機だけでなく3Dプリンタの展示もされてたとか。
　コンセンプトモデルで発売時期・価格は未定のようですが今から期待しちゃいますね。

　ネットで拾った画像ですがもう少し大きめの写真ありましたので貼っときます。

▲切削加工機

▲切削加工機の説明

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・パソコンで作成したデータを削って、実際の"カタチ"にすることができる小型切削加工マシンです。
・203.2（幅） x 152.4（奥行き） x 60.5（高さ）mmまでの木材やアクリル/ABS/ケミカルウッド/ワックスなどの樹脂材料が切削できます。
・Arudinoなどのマイコンボードを装着してせいぎょすることができます。

主な用途

　企業やデザインオフィスでのプロダクトデザイン・試作

　学校や研究機関などでの教育ツール

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加工サイズはMDX-20と変わらないようです。
Arduinoを使った制御って何でしょうか？
色々おもしろことができそうですね。

▲３Dプリンタ

▲３Dプリンタの説明

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・面露光式によるデスクトップ型3D Printer

・UV光が照射されると固まる樹脂を材料として仕様しています。

主な用途

　企業やデザインオフィスでのプロダクトデザイン・試作

　学校や研究機関などでの教育ツール

---

　写真をみるとFomlabs社の Form1(http://formlabs.com/)と同じSL方式なのかな？

Form1は特許侵害で３D Systems社から訴えられてましたがそのへんローランドさんは大丈夫なんでしょうか？3Dプリンタは特許だらけで後発組は旨みがないという話も聞きますし無事発売されるといいですね。

【関連記事】
・新型MODELA 2014年秋頃発売か!?
http://modela-fan.blogspot.jp/2014/05/modela-2014.html

スピンドルモーターの交換 その２

　いくつかの代理店に見積と取り寄せをお願いしていたモーターなのですが、基本的に個人向けに小売りはしてないそうで入手が難しそうです。
どうも企業向けに100個とか1,000個単位でやりとするものらしく個人向けに１、２個での取り寄せは無理みたいです。（取扱代理店の方でたまたま在庫があった場合はその限りではないようですが）

■モーターの入手

　代理店経由での入手は諦め、ヤフオクで検索したところRS-365SHの出品がありました。
長期在庫品のジャンク扱いのようですが価格は420円で送料手数料含めても1000円ちょっとなのでダメ元で入手してみました。

▲入手したRS-365SHモーター

　早速、モーター単体だけをモデラに接続してみたところ、とりあえず認識/回転しましたので交換自体は問題なさそうです。あとは実際に加工してどれだけの性能がだせるか検証してみたいと思います。


■ノイズ対策

純正のモーターをみると『EMI Board』という基板がハンダ付けされています。
モーターのノイズ対策用の基板のようです。

▲EMI Board

　基板には0.01μFの3端子コンデンサ（RSで入手可）が２つあります。
ブラシモーターの場合構造上ブラシとコミューターの間でノイズが発生していますのでこういった基板でノイズ対策をしてるようです。
　この基板と配線を再利用するのが手っ取り早そうですがせっかくなんでEMI BoardをMODELAでつくってみることにします。

■EMI基板の製作

　回路設計に使うCADソフトはEagleが有名らしいのですが、RSコンポーネンツで購入する場合RSコンポーネンツが無料で配布しているDesignSpark PCB（http://www.designspark.com/）を使用すると便利そうだったので今回こちらのソフトを使用しました。
　
回路図はこんな感じです。

▲回路図

　コンデンサは手元にあった0.1μFのセラミックコンデンサを使用して、あとはフライホイールダイオードと電流測定用の出力ピンを追加しました。

　基板レイアウトはこんな感じです。

▲基板レイアウト

　こんな簡単な基板でもマニュアルと睨めっこし試行錯誤しながら丸2日かかりました^^;

　ここから更にMODELAで加工できるようにするのに四苦八苦するのですが、備忘録的メモで大まかに説明するとPDFに出力してイラレでDXFに変換してライノで読み込んでとなんかわけわからんことしてます。

▲イラレで読み込みDXFに変換

▲ライノに読み込みサーフェスに変換

▲Solidworksで外形調整

▲紙フェノール基板をテーブルに固定

▲配線パターン加工

▲外形加工

▲ダイオード、コンデンサ、出力ピン

▲miniDIN8ピンコネクタ

▲ピニオン

▲各パーツを半田付けしてモーターに取り付ける

▲完成

■検証　

まず加工する前に外部電源を使用して性能を検証してみました。

▲検証結果

　純正とくらべてトルクがないのか回転数が1割ちょっと落ちてるようですが加工には問題なさそうです。


　次回は実際に加工して検証してみたいと思います。

つづく

■関連記事
・スピンドルモーターの交換　その１
http://modela-fan.blogspot.jp/2013/06/blog-post.html

・スピンドルモーターの交換　その３
http://modela-fan.blogspot.jp/2013/09/blog-post.html

・スピンドルモーターの交換　その４
http://modela-fan.blogspot.jp/2014/06/blog-post.html

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スピンドルユニット（PS-6)のベアリング交換

　モデラで加工中に過負荷で止まるトラブルが発生するようになりました。
　そんなに負荷がかかるような無茶な加工はしてないので、モーターの寿命かな？ともおもいましたがスピンドルユニット（PS-6)が手でさわれないぐらい熱くなっていて、ベアリングからも異音がしますのでどうやらスピンドルユニットの寿命のようです。

▲スピンドルユニット PS-6

　メーカー仕様によると交換の目安は700時間になっています。
　700時間もまだ使ってないのになんで？新品買うとなると結構高いのよね。
　あーショック(´・ω・｀)
　交換時間はあくまでも目安で当然使用状況によって寿命はかわってくるのでしょうが、普段からなるべく負荷のかからないように心がけてるだけにこの出費は痛いです。
　

●ベアリングの交換

　今回の場合、寿命なのはスピンドルユニットに使われてるベアリングだと思うのでこれだけを交換できれば節約できそうです。
　モデラのスピンドルユニットに使われてるベアリングはミネベアのLF-1680HHのようです。
　ISO/JIS規格でF688ZZと言われてものと同じものです。

　スピンドルユニット（PS-6)を購入した場合はAmazonで約12,000円。
　一方、ベアリングだけ購入した場合は楽天で2個で400円前後。送料を含めても1,000円ぐらいでかなりのお得感。
　というわけで早速取り寄せてベアリングの交換をしてみました。

▲取り寄せたベアリング（F688ZZ)

　ベアリングを外すには内掛用のベアリングプーラーを使うのがよさそうなのですが、Amazonで9,000円ぐらいで結構な値段しますね( ；∀；)

▲ベアリングプーラー

　今後のことを考えると、こういう工具があると何かと便利なので購入しといても損はないのでしょうが、今回は手元にある工具を使って（六角レンチとプラハン）作業することにします。
　ハウジングの受台はモデラで自作しました。

▲今回の作業で使用する工具類

　まずはカップリングとスピンドルシャフトとハウジングに分解します。

▲左からハウジング、シャフト、ワッシャー、カップリング

　次にハウジングからベアリングを取り外します。
　やり方は受台にハウジングを載せてから取り外すベアリングの反対側から六角レンチを突っ込んでベアリング内輪に引っ掛けてから釘を打つ要領でプラハンで六角レンチをひっぱ叩きます。（乱暴なやり方でハウジングにも工具にもよくないので良い子はちゃんとベアリングプーラーを使いましょう^^;）

▲断面イメージ

　ただ結構な力で叩いてるのにベアリングはビクともしません。
　ググってみると、通常スピンドルユニットなどに使われるベアリングは芯ブレ防止や精度向上の為にロックタイなどのねじ緩み止め剤でハウジングに固定されて使われるようです。
　（恐らくMODELAのスピンドルユニットもそのようなゆるみ止め剤でベアリングが固定されてるのでしょう。）

▲ネジやベアリングの固定に使われるロックタイト

（2013/7/30追記）ベアリングの固定にははめあい用のロックタイトがあるのでそちらを使うのがよいとの指摘ありました。（641など）



　ロックタイトで固定されてる場合はガスバーナー等で熱を加えてやると外しやすくなるということなので、オーブントースターで10分ほど加熱してからプラハンで叩いたら今度はうまく外れました。

▲取り外したベアリング

　あとは新しいベアリングを装着して、スピンドルシャフト、カップリングを組み込んで作業完了です。（必要に応じてベアリングはロックタイトで固定します）

　
●慣らし運転

　新しいベアリングに交換したら加工に使用する前に慣らし運転が必要です。
　手で回してみるとわかるのですが、かなり抵抗がありあまり回ってくれません。
　初期のベアリングは封入されているグリースが側面に供給されてるだけですので、慣らし運転によって必要量を転走面に供給し、余分なグリースを飛ばします。

　やり方は外部電源(16V～24V)につなげて6,000～11,000rpmの範囲で徐々に回転数をあげなら回します。
　回転数をあげるほどベアリングから熱が発生しますので、とりあえずハウジングの温度が50度超えない程度に扇風機の風を当てながら2,3時間回しました。

▲慣らし運転

　慣らし運転後、ベアリングをみてみると余分なグリースがシールドからにじみ出ています。
　余分なグリースを拭き取り、更にシールドの隙間に軽くCRC556を吹きます。（あまり吹きすぎるとグリースなくなっちゃうのでほどほどに）

▲余分なグリース

　電流値を測ってみたところ当初0.7Aぐらいだったものが慣らし運転後には0.29Aぐらいになりました。
　正常なスピンドルユニット（PS-4）の無負荷運転時で0.14Aぐらいなのでそれに比べるとまだ負荷が高いようですが、慣らし運転も結構めんどいし使ってくうちにこなれてくると思うので様子見ながら使うということでこれでよしとします^^;



●まとめ
　メーカーか出荷されるスピンドルユニットはハウジング、ベアリング、シャフトそれぞれの部品が一体化して検品、精度保証されてるものなので、ベアリングだけ交換しても新品同様の性能を得るのは難しいのでしょうが、それらを踏まえても、部品コストが新品にくらべ1/10の以下で済むことや慣らし運転が面倒でなければ今回の作業を行う価値はあるのかな？
　今回はベアリングだけ交換しましたが、当然ハウジングやシャフトにも寿命があるわけで、ベアリング交換しても精度が得られない場合は荒取り加工専用に使って仕上げ用には素直に新品を購入したほうがよさそうですね。

　
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祝!!世界文化遺産登録 － MODELAで富士山を削る

　22日に富士山が世界文化遺産に登録決定しましたね。
登録までには紆余曲折あったようですが、関係当局及び担当者、それらに関わる皆様のご尽力の賜ですね。
　今回は登録決定したことを記念して(!?)モデラで富士山を削ってみることにします。

　富士山のモデルには国土地理院が無償で公開している10mメッシュ標高データ（DEM)を利用します。

●DEMデータのダウンロード

　DEMデータは国土地理院のサイトからダウンロードできます（要登録）

▽基盤地図情報ダウンロードサービス
　　http://fgd.gsi.go.jp/download/


　基盤地図情報　ダウンロードサービスサイトにアクセスして『ログイン画面はこちら』をクリックします

　『ユーザーID』、『パスワード』を入力してログインします。

　必要に応じてアンケートを記入したら『次へ（アンケートの送信も自動で行います）』をクリックします。

　『基盤地図情報数値標高モデル』の『JPGIS形式』をクリックします。

　『10mメッシュ』をクリックします。

　『静岡』をクリックします。

　『5238』エリアをクリックします。

『523875』、『523876』エリアをクリックして選択状態にします。

　『▲』ボタンをクリックして上のエリアに移動して、『533805』、『533806』をクリックして選択状態にしたら『選択完了』ボタンをクリックします。

　対象ファイルをすべてダウンロードして任意の場所に保存します。

『FG-JPS-5339-06-DM10A.zip』

『FG-JPS-5339-06-DM10B.zip』

『FG-JPS-5339-75-DM10A.zip』

『FG-JPS-5339-75-DM10B.zip』

『FG-JPS-5339-76-DM10A.zip』

『FG-JPS-5339-76-DM10B.zip』

『FG-JPS-5339-05-DM10A.zip』

『FG-JPS-5339-05-DM10B.zip』

　以上で富士山のDEMデータを取得できました。


●３Dデータへの変換

　ダウンロードしたDEMデータ中身は座標値が羅列したXMLファイルになっていて、このままだとMODELAで加工できませんので加工できるよう３Dデータに変換します。

　DEMに関連したツールはフリー、有償含めてたくさんありすぎてよくわかりません。
　いろいろ調べてみるとGeograhics社のGlobal　Mapper（有償＄399）が使いやすそうです。
　出力サイズに制限があるようですが期間限定で体験版もあります。


▽Gｌobal MapperはBlue Marble Geographics社のサイトから購入、ダウンロードできます。
http://www.bluemarblegeo.com/products/global-mapper.php


　Global Mapperを起動したら、まず平面直角座標を設定します。
　起動画面で『Display Settings/Projection』をクリックします。

　『Configuration』ダイアログの『Projection』タブをクリックして以下のように設定して『OK』ボタンをクリックします。

　　　　　Projection：Japanese Projection System
　　　　　Zone:　Japanese Plane Ⅷ

　富士山がどのゾーンに区分されているかは、国土地理院のサイトで確認できます。

▽平面直角座標系（平成十四年国土交通省告示第九号）
http://www.gsi.go.jp/LAW/heimencho.html

　次に富士山のDEMファイルを読み込みます。

　起動画面で『Open Your Own Data Files』をクリックします。

　『開く』ダイアログのファイルの種類で『JPGIS(JapaneseDEM)Files』を選択して、さきほどダウンロードしたDEMファイルをすべて選択して『開く』ボタンをクリックします。

　しばらく待つ（マシンスペックによりますが2,3分）と富士山のデータが読み込まれまれ、３Dデータに変換する準備が整いました。

　メニューの『File』→『Export』→『Export Elevation Grid Format...』をクリックします。

　『Select Export Format』ダイアログで『STL(ASCII Text or Binary)File』を選択して『OK』を押します。

　『STL Export Options』ダイアログの『Export Bounds』タブの『Draw a Box...』をクリックします。
　

　STLに出力するエリアをマウスでドラッグして指定します。

　『OK』をクリックします。

　任意の場所、ファイル名を指定して『保存（S)』をクリックします。
　（マシンスペックや出力エリアサイズによりますが十数分かかります。）

　

　これでMODELAで加工できるようになりました。
　

▲変換されたSTLファイル

今回加工に使用した３Dデータは以下のサイトで公開してます。

▽STL形式

http://www.thingiverse.com/thing:107679

▽Parasolid、STEP形式

http://grabcad.com/library/japan-s-mt-fuji-1

●MODELAで加工

　被削材はスタイロフォーム（約190mmx140mmx40mm)です。

▲スタイロフォーム

■荒加工

　　工具：4mmラジアス

　　送り：15mm/s

　　Z切込み：0.2mm～3mm

　　加工時間：約7時間

▲荒加工終了

　加工時間が7時間と結構かかりましたが、仕上げ工具径が細いので、削り残し多くあると折れる心配あるのでチマチマけずりました。（スタイロフォームなのでそこまで心配する必要はないのかも。本来なら1,2時間コースになると思います）

■仕上げ加工

　　工具：R0.75mmボール

　　送り：15mm/s

　　加工時間：約2時間

▲仕上げ加工終了

　少し毛羽が目立ちますが、スポンジヤスリなどで仕上げればまずまずの再現性です。

▲スポンジヤスリで仕上げ

　うーん、モデルデータを見た時から薄々は感じていたいのですが、なんというかコレジャナイ感というか迫力がいまいちです。日本一高い山だしもっと雄大でどーんとそびえ立つイメージ期待していたのですが加工した富士山は申し訳なさ程度に盛り上がってるだけに見える、、、（でも縮尺考えただいたいこんなもんなのかなぁ。）

　DEMデータやGlobalMappingの使いかたよく理解していないしデータ出力手順に間違いあったのかもしれませんがよくわからないので今回はこれでよしとします＾＾；

　加工中の動画です。

▲加工の様子