ハーモニック減速機 vs. ハーモニックロータリーアクチュエータ：CNC工作機械にはどちらが適しているか？

皆様こんにちは。HONPINEのテクニカルディレクター、Theodore Liです。

多くのお客様が、CNC工作機械用のハーモニックドライブ部品を選定する際に共通の疑問に直面します。ハーモニック減速機とハーモニックロータリーアクチュエータのどちらを選ぶべきでしょうか。

この記事では、この2つのソリューションの違いを説明し、CNC用途により適したものを判断するお手伝いをします。

CNC工作機械向けにハーモニック減速機とハーモニックロータリーアクチュエータのどちらを選ぶかを検討する際には、負荷容量、剛性、位置決め精度、モーターおよび制御システムとの互換性、設置スペース、具体的な用途要件など、いくつかの重要な要素を考慮する必要があります。

これらの要素の中でも、負荷容量と剛性を最優先すべきです。一般的な自動化設備とは異なり、CNC工作機械の特定の回転軸には、精密な位置決めを実現するだけでなく、加工時に発生する外力に耐えることも求められます。

ハーモニック減速機がCNC第4軸用途に適している理由

ハーモニック減速機は、バックラッシがほぼゼロであること、高い位置決め精度、高減速比、コンパクトな設計といった主な利点により、回転テーブルなどのCNC第4軸用途に特に適しています。

これらの特性により、ハーモニック減速機は、精密な割出し、設置スペースの効率的な利用、および応答性の高いモーション制御を必要とするCNC回転テーブルにとって魅力的なソリューションとなります。

ハーモニック減速機は、フレクスプラインの弾性変形を利用して動作し、コンパクトな構造で高減速比を実現します。

この独自の伝達原理は、高精度、高トルク密度、コンパクトな寸法、滑らかな動作に対するCNC第4軸システムの要求を満たすのに役立ちます。

ただし、ハーモニック減速機の適性は、ねじり剛性、負荷容量、軸受配置、および加工力に対する耐性にも左右されます。重切削用途では、これらの要素を慎重に評価する必要があります。

ハーモニックロータリーアクチュエータはCNC第5軸用途により適しているか？

必ずしもそうとは限りません。最適なソリューションは、依然としてCNC工作機械の具体的な技術要件によって決まります。

しかし、近年のお客様への対応に基づくHONPINEの経験から、コンパクトなCNC 5軸システム向けの一体型ハーモニックロータリーアクチュエータへの関心が高まっていることを確認しています。

5軸CNC工作機械は通常、X、Y、Zの3つの直線軸と、A/CまたはB/Cなどの2つの回転軸で構成されます。

単一回転軸機構と比較して、5軸システムでは2つの回転軸の協調動作が必要です。一部の複雑な曲面加工では、同時5軸補間も必要となります。

コンパクトな5軸機構において、ハーモニックロータリーアクチュエータには4つの主な利点があります。

1. 一体型設計により設備の小型化を支援

5軸回転テーブルでは、多くの場合、限られた設置スペース内に2つの回転軸、駆動システム、軸受、およびケーブルを収める必要があります。

ハーモニックロータリーアクチュエータは、モーター、ハーモニック減速機、エンコーダをコンパクトなユニットに統合しています。

この統合により、個別の伝達部品および機械的接続部の数が減少し、よりコンパクトなA/C軸またはB/C軸の配置が可能になります。

2. 統合フィードバックが協調多軸制御を支援

5軸加工には、正確な回転軸位置決め、滑らかな速度制御、および応答性の高い動的性能が求められます。

適合したモーター、減速機、フィードバックシステムを組み合わせることで、一体型サーボアクチュエータは、閉ループモーション制御をサポートしながら、システム統合の一部を簡素化できます。

ただし、これは一体型アクチュエータが、ハーモニック減速機と組み合わせた独立型サーボモーターよりも本質的に高い制御精度を提供することを意味するものではありません。

実際の多軸加工性能は、依然としてCNCコントローラ、機械全体の剛性、フィードバック構成、および工作機械のキャリブレーションに依存します。

3. 中空軸設計によりケーブル配線を簡素化

一部のハーモニックロータリーアクチュエータは中空軸設計を採用しており、電気ケーブル、空気圧チューブ、およびその他の接続部を回転中心に通すことができます。

5軸チルトヘッドおよび回転テーブルでは、この配置により外部ケーブル配線の必要性を減らし、スペース利用効率を向上させることができます。

ただし、連続回転用途では、ケーブルのねじれや、ロータリーユニオンまたはスリップリングが必要となる可能性を依然として考慮する必要があります。

4. 機械設計および組立の簡素化

モーター、ハーモニック減速機、カップリング、エンコーダを個別に選定して組み立てる場合と比べ、一体型ハーモニックロータリーアクチュエータは機械的インターフェースの数を減らすことができます。

これにより、設備設計、組立、試運転が簡素化され、工作機械全体の開発プロセスを短縮できる可能性があります。

CNC用途向けHONPINE 58シリーズ ハーモニックロータリーアクチュエータ

コンパクトで高精度な回転駆動ソリューションをお探しのお客様に、HONPINEの58シリーズ ハーモニックロータリーアクチュエータをご紹介します。

HONPINE 58シリーズは、優れた剛性と位置決め精度を実現するよう設計されています。

以下の3つの主要部品を1つのコンパクトなユニットに統合しています。

- 高精度ハーモニック減速機

- フレームレストルクモーター

- 高分解能26ビットエンコーダ

このアクチュエータは47 mmの中空径も備えており、ケーブルやその他の接続部の配線に便利なスペースを提供します。

試験室試験で実証された優れた剛性

HONPINEの試験室では、長さ約2メートルのレバーを使用して剛性の実証試験を行いました。

試験中、レバーを介してアクチュエータの出力端に力を加え、ダイヤルゲージで変位を監視しました。

このレバーによる負荷下でも、ダイヤルゲージは目視できるほどの動きをほとんど示しませんでした。

さらに重要なことに、この実験で使用したハーモニックロータリーアクチュエータには、ブレーキ機構が搭載されていませんでした。

この試験は、追加の機械式ブレーキに依存するのではなく、試験条件下におけるアクチュエータ固有のたわみ耐性を実証することを目的としていました。

この結果は、HONPINE 58シリーズ ハーモニックロータリーアクチュエータの優れた剛性を示しています。

剛性を損なわない高い位置決め精度

高剛性に加え、HONPINE 58シリーズ ハーモニックロータリーアクチュエータは優れた位置決め性能を実現します。

HONPINEの試験室試験結果によると、その主な精度仕様は以下のとおりです。

これらの結果は、このアクチュエータが高剛性と精密なモーション制御を両立できることを示しています。

以下は、当社のレーザー測定システムを使用して作成した精度試験レポートです。

[画像を挿入：HONPINE58シリーズ ハーモニックロータリーアクチュエータ精度試験レポート]

CNC工作機械におけるアクチュエータの最終性能は、設置構造、負荷条件、制御構成、および工作機械全体の設計にも依存することに留意することが重要です。

CNCハーモニックドライブソリューションについてHONPINEへお問い合わせください

CNC第4軸回転テーブル、コンパクトな5軸加工システム、またはカスタマイズされた回転位置決め機構のいずれを開発する場合でも、信頼性の高い性能を実現するには、適切なハーモニックドライブソリューションの選定が不可欠です。

HONPINEは、幅広い精密モーション用途向けに、ハーモニック減速機および一体型ハーモニックロータリーアクチュエータを提供しています。

CNC工作機械向けハーモニック減速機およびロータリーアクチュエータの詳細、追加の技術仕様、製品資料、用途サポートについては、今すぐHONPINEまでお問い合わせください。