【組立説明】産業用スピンドル+VFDインバータ(手動運転)

大工用のマキタRT0700Cでは物足りない方にはVFDインバータ+産業用スピンドルをおすすめします.
(産業用スピンドルは旧式2or3ベアリングの安いやつと,最新の4ベアリングスピンドルがあります.見た目は同じですので,どこまで性能が違うのかわからないですが,ベアリング情報が書いてない謎のショップから購入しないことです.)

CNC工具の比較記事は↓
【参考資料】自作CNC用 トリマ&ルータ&スピンドルの考察 (初心者向)

重要:電気資格或いは交流電の知識を持っている上で操作してください!
怪我や事故似合った場合は私、他の掲示板メンバー及び販売先のAvalonTech株式会社も一切責任を負いません

使用例は[産業用スピンドル800w+110VインバータVFD+4P遮蔽ケーブルセット](【工具(上級者向)】産業用スピンドル800w+110VインバータVFD+4P二重シールド遮蔽ケーブル – AvalonTech ‎)です
一、配線 (ハンダ付けする前に追記まで読んだほうが良いです)
(スピンドル電源ケーブルは一般なケーブルではなく,遮蔽効果のある専用ケーブルで配線しましょう.起電力による電磁波でモーターが誤動作する可能性があります.)
SPD1
ピン番号はそれぞれ違うみたいですが,基本的には4番はアースに接続します.残りの3つはU、V、Wの三相交流電に接続します.順番は適当で大丈夫です.もし主軸が逆転になってる場合はVFDボックスのUVWのうち2つを差し替えるだけです.

4Pの三相ケーブルの皮を剥がします.

外周の黒い皮を20mm程度を剥がし,銅線を10mm程度を露出するほうがよいです.


銅線をU字の溝に差し込み,ハンダ付けをします!ハンダ付けをします!
素人には若干難易度高いです,がんばりましょう
熱収縮チューブがあればなおさら良いです


図のようにVFDの配線します.もし主軸が逆転になっている場合はここで調整します.

–追記–
スピンドル本体のアース:三相電4pケーブル及びスピンドルのコネクターにはアースピンが付いていますが,スピンドル内部まで繋がっていないことが判明したので,普通にハンダ付けしてもスピンドル本体の漏電対策にはならないです.
最適な処理はこちらYoutubeになりますが,難易度高いです

二、運転

AvalonTechショップから購入したセットはすでにセッティング済みのはずです.
電源ボタンがなく,通電するだけでパネルが点灯します.


パネルにF ◯◯◯.◯の数字が表示されます.
回転スイッチを回すと0Hz〜400.0Hzまで変わります.ヘルツ数で回転数を制御する仕組みになっています.
注意! 必ず0.0Hzに回してからRunボタンを押します. 注意!
出荷状態のスピンドルを急速回転(200Hz↑)するとベアリングが損傷する場合があります.

注意!!高速回転すると,スピンドルに付着しているオイルやホコリが遠心力でぶっ飛んできます.
起動の瞬間は近距離で直視しないでください.服の汚れも気をつけてください.


最初は回転スイッチで0Hzに調整→Runボタン
→主軸回転方向(時計回り)を確認しながら,ゆっくり回転スイッチを30Hzに回し,低速運転をさせます.
→スピンドルは静かであまり振動しないはずです.この状態で30分放置しましょう.
(地面に落としたら即壊れます.補修できないので買い直してください...)
→70Hzに調整し更に20分の放置運転しましょう
→140Hz20分 →210Hz20分 ・・・400Hzまで慣らし運転をすることを勧めします.
(最低限でも70Hzまで慣らし運転しましょう)

他の注意事項:
・VFDのパラメータはスピンドルの規格が合わないと,スピンドルが全焼してしまう可能性があります.
・必ず慣らし運転(低速空転)しましょう,
・コレットを掃除してからエンドミルを挿入しましょう.必ず15mm以上を挿入すること.
・毎日加工する前に15分の低速運転しましょう. 24時間連続使用せず,毎日2時間を休憩させましょう.
・軸端を叩かないこと
・指定の方向に運転させる. VFDが正回転を表示する時は主軸も必ず正回転にすること

こんにちは。
最近購入し、初めて今回動かします。
こちらの記事通りに、4をアース、それ以外をUVWにつなぎましたが、モーターが全く動きません。
VFDは起動しています。

ハンダも2回やり直し、VFD側も配線を2回付け直しし、原因で考えられるところがもうありません。

モーターの故障でしょうか?

ご教示いただけましたらありがたいです。

↓↓↓
その後ですが、モーター回りました。
ただこの記事にある30Hzでは動かず、倍の60Hzでようやく動き出しました。
なぜ私のモーターは倍の出力が必要なのでしょうか?

こんにちは。
私はVFDインバータと産業用スピンドルを持っていないので、状況整理のための確認なのですが

  • インバーターのディスプレイ部にはなにかエラー表示は出ていないか
  • スピンドルのコネクタのピンアサイン(説明書があるなら確認)とインバータに繋がっているケーブルの極性(UVWアース)はあっているか(アースとUVWを間違えていないか)
  • もしテスターがあるならUVW間それぞれで電圧がでているか確認

三相モーターは1相抜ける(欠相している)と始動しなかったと思うので、モーターが破損しているか、配線が誤っているか、ケーブルが断線しているか等が考えられます。

ご返信ありがとうございます。

上でも記載いたしましたが、その後動きました。
今ギリギリ動く60Hzで慣らし運転していますが、回転数が安定しません。早くなったり遅くなったりを不定期に繰り返します。。
一旦慣らしを終えるまでは放置しようと思いますが、どんなモーターも最初はこのような感じなのでしょうか?

個人的には動作不安定というのはVFD、モーター、配線のいずれかが悪いのではないかという印象です

モーターの相間抵抗や絶縁抵抗を測ることでモーターの異常は分かりそうです。VFDは相電圧を確認かな?
ただどれもテスターが必要なのと、電圧測定ではショートさせるとブレーカーが落ちる、モーター、VFDが焼けるので注意してください

慣らし運転後も動作不安定なのが変わらないようであれば、販売元に問い合わせて見た方がいいかもしれません

回転数不安定について
アナログPWM制御の場合, 低速が不安定になることが多いです.
具体的に図っていないですが, 手動運転の場合はかなりマシになります.

↓憶測です
電圧が足りない可能性もあります.
室外で工作したことがありまして, 約20mの延長ケーブルで電源を引っ張りました. マキタルーターに95V+の電圧しかかからなくて回転数が不安定で, トルクも低い様子でした. スピンドルの場合はVFDをかましてるからどうなるかはわからないですが, 入力電圧は100Vを確保したほうが無難です.

みなさま、ご返信ありがとうございます。

慣らし運転後は幾分かマシになりました。仰っていた通り低速で不安定になりがちですが、高速だと全く問題は感じられませんでした。

初めての切削がおかげさまでうまく行きました!

「いいね!」 2

産業用スピンドル購入後 慣らし運転は十分にしたつもりですが
10分ぐらいの工程で 止まりま(刃物8mmZ軸3mmの加工)
エラー表示はなく RUNを押して再開しましたが
また止まりました だんだん早く止まるようになる
現在は 低速で3時間で止まります
モターが壊れたのでしょうか 修理はできますか

こんにちは。

これまで正常に動いていたのものが、急に加工中に停止するようになったということでしょうか
産業用スピンドルを持っていないので現象から思いつく原因を挙げてみます。

  • トルクが足りていない
    • 考えづらいですがスピンドルのトルクが切削の負荷に負けているのかもしれません。回転スピードが遅い場合は速くすると改善するかもしれないです。
    • 材料のない状態で加工動作をさせてみて停止するか確認することで、トルクの問題かどうかが確認できます。
  • スピンドルが欠相(1線だけ断線、接触不良)している
    • 欠相している場合は始動しないと思いますが、運転中に欠相した場合トルクが低下し停止します。場合によってはモーターが焼損します。
    • スピンドルの3線の全ての組の導通を確認することで欠相しているか確認できます。正常な場合は3線とも互いに抵抗値は非常に小さいはずです。
  • スピンドルの機械的故障
    • スピンドルを手で回したときにスムーズに回らない(ゴリゴリするなど)場合はスピンドルのベアリング等が破損している可能性があります。
  • インバーターの故障
    • この場合はおそらくエラーコード等出るのではないかと思いますが、実際はわからないです。インバーターの説明書を参照してください。

いずれにしてもモーター(スピンドル)、インバーターが壊れている場合は交換が必要です。
修理に自信があるようであれば、スピンドルを分解してベアリングの交換やインバーターの修理も可能かもしれませんが、電圧も高く危険なので推奨はしません。

参考:

https://makerhardware.net/wiki/doku.php?id=electronics:1.5kw_spindle_vfd

指摘をいただきまして調査しました.説明のいくつかのポイントを更新します.
・VFD及び電源のアース:100V電源コンセントのアース線はVFDのアース端に繋ぎます(UVWの右)
・スピンドル本体のアース:三相電ケーブル及びスピンドルのコネクターにはアースピンが付いていますが,スピンドル内部まで繋がっていないことが判明したので,普通にハンダ付けしてもスピンドル本体の漏電対策にはならないです.
・↑を解消するため,最適な処理はこちらになります.難易度高

Tohruさん
こんにちは
現在、 C-Beam Machine R1を組み立てています。スピンドルは、産業スピンドルとVFDインバータの組み合わせを選択しました。
Front_Panel · Spark-Concepts/xPro-V5 Wiki · GitHub
のサイトでは、CAM上でS指令により、スピンドル速度を指定できる内容が書かれているようですが、実際はどのように使われているでしょうか。
教えてください。

Kawadeさん
どうもです.
Modbus Rs485通信ですね.
昔は調査しましたが,実際検証したわけではないです.
CNCxPROv5ではなく別の基板ですがやり方としては
配線:


XH2.54端子を使って自分で配線しないといけないです.COMは放置で,AとBだけです.

VFD設定:
YL620seriesインバーター説明書(英語).pdf (834.1 KB)
ざっくり読んだ感じですが,設定パラメータは以下になります.

|Register|Value|Description|(xProV5 GitHub)→ 変更パラメータ
|PD001|2|Command source is RS485| → P00.01の3
|PD002|2|Speed source is RS485| → P07.08の5
(Speed sourceは間違いで,Frequency sourceは正しい)
|PD163|1|Communications address 1| → P03.01の1
|PD164|1|9600 b/s| → P03.00の3
|PD165|3|8 Bit No Parity - RTU| → P03.02の2(デフォルト設定でおk?)

パネルの操作方法はこちらを参考にしてください.

やり方は合ってると思いますが,実機検証したことないのでパラメータが抜けてる可能性があります.
ご参考までに.

Tohruさん
連絡を頂き、ありがとうございます。
現在、YL620のマニュアルを読んでいる所です。
提供して頂いた情報を含めて、チャレンジしたいと思います。
結果が出ましたら、報告させていただきます。
ありがとうございました。

Tohruさん
大変参考になる資料を提供して頂き、ありがとうございます。
インバーターの説明書もAvalonTechのダウンロード用マニュアルには、記載されていないパラメータP07.08の設定方法が書かれており、AvalonTech殿には、マニュアルを差し替えて頂きたいと思います。
Modbus Rs485通信は興味はありますが、まづはアナログ設定で動かしたいと考えています。紹介して頂いたスピンドルアナログPWM制御を試しているのですが、パラメータも2か所変更して、MDIにてパソコン側から速度指定を出すと、インバータ側の表示には、指定速度に対応して値が変わるのですが、モーターが動きません。
RUNのLEDも表示されていません。多分、正逆の指定ができていないと思われるのですが、いかがでしょうか。
宜しくお願い致します。

Tohruさん
少し、怖かったのですが、xProV5側のスピンドルイネーブルによるリレー接点をインバーター側のグランドとフォワードに接続した所、動き出しました。リレー接点はM3,M4の実行によりONになり、M5によりOFFすることは、確認してありました。
この状態で、すこし動かしてみます。
色々とありがとうございました。

Kawadeさん
情報提供及び検証実験ありがとうございます.
私が遊んでいた頃はxProV3の時代でした,お力になれず申し訳ございません..確かに説明書のバージョンは違いますね,後でショップ運営に連絡します.
ちなみに,リーク情報になりますが,xProV6の開発は終盤になっており,来年リリースする可能性が高いです.

Tohruさん

とても助かっています。たくさんの人にアドバイスを頂き、少しづつ完成に近づいています。まだ、色々と問題がありますが、楽しみながら組み立てています。
これからも宜しくお願い致します。

つい最近購入しました。

全てのロットがそうなっているかわかりませんが、私の購入した物は4ピンにアースが接続されていました。
ハマった所は速度設定の表示に小数点がある事に気がつかず 20.0の表示まで上げて200Hzでも動かないと焦った所ぐらいです。最初は油が固着していたんか50Hzぐらいで起動しました。
その後200Hzで3時間、400Hzで2時間ぐらい動かした後は30Hzぐらいで起動するようになりました。

マキタの RT0700C でも十分でしたが、マニュアルのどこかに「工具を低速で長時間運転し続けると、モーターが過負荷になり、工具が誤動作します」と書いてあった点、低速が10,000rpmまでと狭いのが気になっていました。
産業用スピンドルは低速でも安心出来そうなので購入しましたが、それ以上に静かなのが気に入りました。
最大速度の24,000rpmにすると流石に気にはなりますが、20,000rpmぐらいなら我慢出来そうですし、10,000rpmは殆ど気になりません。

あと説明中の4Pコネクターのハンダ付けですが、私も下手ですが・・・普通は

  1. ケーブルを真っ直ぐに戻す。個々のケーブルの長さが異なる場合は切って長さを合わせる
  2. ケーブルの被覆を外す
  3. もう一度ケーブルを真っ直ぐに戻す
  4. 芯線を捻る。ケーブルの芯線を大目にハンダメッキする。
  5. コネクター側にハンダを乗せる(コテ先を軽くハンダメッキして、コネクターの半月の外側からハンダコテを当てて、半月の真ん中にハンダ糸を流し込んで半月がうまる程度まで)
    (必ず1ピン毎に冷ましてから次のピンを行うこと)
  6. コネクターをマルチクランプやゴム等で保護した万力等で固定する
  7. コテをハンダメッキしてコネクターのピンを暖める
    (コテ先をハンダメッキする理由は、大きな金属にハンダ付けする時は熱を早く伝える必要があります、ハンダを乗せてないコテ先では点で熱を加えるため時間がかかりコネクターやコードに負担をかけて溶かしてしまいます。また大きな金属にハンダ付けするには温度調節ができるハンダゴテを使い、3C, 4C等の太いコテ先を使うと良いです)
  8. ケーブルの根元を持って6)で温めて居るピンの上にそっと載せる。コテを外す。ケーブルの被覆を含め冷めるまで40秒ぐらいは動かさない。
    (繋ぐケーブルだけでは無く、後で繋ぐケーブルが接続するピンに近くなるようケーブルの太い部分を持って合わせる事)
    (ケーブルの被覆は芯線に力が加わったり、芯線が真っ直ぐでないと被覆が熱で溶けたときに外れてしまいます。これを避けるためにハンダ付けする前にケーブルを真っ直ぐにしたケーブルをコテ先で十分溶けたハンダの上に載せてケーブルの芯線にハンダがしみこんで来たら乗せる感じで接触させて、そのままコテ先を外し被覆まで冷めるのを待ちます)

この動画の中でもやっています。ただちょとケーブルを曲げた状態で入れている箇所がありますが、これをやると付属のケーブルだと被覆だけが真っ直ぐになろうとして芯線だけが曲がって失敗します。(ケーブル被覆の溶解温度とハンダの温度によります)
またこの動画ではケーブルの芯線側にハンダを押しつけていますが、これをやると熱がピンに伝わりにくく、またケーブルに力がかかるため被覆が溶けやすいケーブルだと被覆が溶けた時に被覆だけが真っ直ぐになろうとして芯線から離れてしまいます。

大きい所にハンダをする場合はパワーのある温度調整が可能なコテを勧めます。
単にパワーがあるだけではなく温度を一定にする事が大事です。

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ちょっと高いかなあ。gootの方が熱回復力があってHAKKOの方がコテ先が使いやすいのですが、この価格帯でHAKKOの80Wの温調というのが無く。一体形の中では妥当かなあ。

VFDインバータの使用方法に関する詳細なガイドラインをありがとうございます。 VFDを使用するたびに正しくフォローできればと思います。