木工NCルーターでの主軸モーターの選定方法について

Question

生産技術のものです。どなたかどうか教えてください。

現在、木工NCルーターで木材の板材を外周トリミング加工しております。

最近、主軸モーター（5.5kWの高周波モーター）から異音がでて、ストッパピンの損傷等もあり、交換を考えております。メーカーに問い合わせたところ、型式が古く（NC機そのものは'86年製）、主軸は別のメーカーの現行品でないと交換できないそうです。

そこで、候補として挙げられたのが3.7kWのモーターです（それ以上の出力のものはないとのことです。）。下記加工条件にて、5.5kW⇒3.7kWに変更してもパワー的に問題ないでしょうか？（交換するメーカーは、経験上問題なしだろうと推測してます。）
3.7kWでも問題あるかないか理論上、計算する手段もお教えいただけたら幸いです。数値上の立証を得たいのです。

■被削材：木材（スプルース：柔らかめな木）
■刃物：φ20　超硬エンドミル
■主軸回転数：18000rpm
■刃物の突き出し量：100mm
■主軸からでている刃元までのシャフト部分：100mm（径φ40mm）
■送り量：F6000mm/min
■切込み量（板厚）：Max13mm、Min8mm（刃物は片あたりではなく、両あたり。）
■刃物切削位置：先端から20mmより上

お手数ですが、宜しくお願いいたします。

Answer

負荷の測定ですが，目安程度ならモーター電流(電圧)を計測する方法もあります。電流-トルク特性は略比例しますが必ずしも線形を示さないので．厳密には主軸に中間ギヤをかませてトルクメーターなどを介して測定する方法が良いと思います。また中間軸にひずみゲージを張る方法もあると思いますが，測定は難しいのでゲージメーカーに相談ください。

Answer

最高出力は5.5kWに比べれば3.7kWは明らかに劣ると思います.
ただ、実用上の問題というのは実用回転数域での
トルクなどモーターの出力特性を見ないと何とも言えないでしょう.

もし仮に、交換しないとどうにも動かないという事であれば、
機械を買い換えたつもりで、モーターの特性の違いについては諦める、
(これまでと全く同じ加工条件で使えなくても仕方がないと割り切る)
という考え方もありかなと思います.

Answer

基本は(切削抵抗)×(加工速度）＝(切削エネルギ)です。切削抵抗が皆目わかりませんが，仮に計算してみます。板厚13mmを100mm/sの送り量で加工する
ので，切削面積は13X100mm^2/ｓ，木材のせん断強さは50～100kgf/cm^2。
大きめに見積もって，1300kgfの切削抵抗を受けます。送り速度は100mm/sですから，その積をとって　1300X100kgfmm/ｓ＝1274J/ｓ＝1.3ｋWのエネルギ
が必要になります。機械系の摩擦ロスを考慮しても，3.7kWは十分のように
思えますが，実際の加工抵抗等測定して厳密に算定したほうがよいと思い
ます。なおブレーキ等の負荷があればそれも加味する必要があります。

Answer

モーターの交換とありますが 主軸一体の交換ですね。

機械加工の限界は「機械」「刃物(工具)」「ワーク(取付け状態も含む)」
のバランスで決まります。
これらのどれか一つ弱い所の限界以上の加工は不可能です。

5.5kWでの無負荷時と加工時(負荷時)の差である程度の想像は付きます。

しかし、主軸の構造が大きく影響します。
'86年 当時とはベアリングなどの使い方が大きく進歩しています。
又、主軸の組付け精度も切削に対して影響は大です。
モーター馬力を活かし切っている主軸は珍しいくらいです。

現実的には同じ主軸モーターを使っている機械の能力を調べるのが安全です。

＞（交換するメーカーは、経験上問題なしだろうと推測してます。）

確信に近いものが無いと軽々しく言えないと思いますよ。
　実証する方法を相談しては如何ですか。

木工NCルーターでの主軸モーターの選定方法について