だいぶ前に導入した中華CNC 3040Z ですが、水冷の1.5kWのスピンドルが付いていました。架台の強度と釣り合わないし、水冷ポンプを動かしたりするのがめんどくさい。もっと小さなスピンドルに変えようということで、500Wのこれまた中華安物スピンドルを買っておいたんですが、例によって放置。
思い立って、スピンドルモーターの交換、それから、linuxcncで機械の制御をしていますので、合わせてlinuxcncからスピンドル制御もできるようにしてみました。
交換したスピンドルモーターはブラケットが付いてきましたが、当然今までの機械にはつきませんので、今までの1.5kWスピンドルモーターがついていたプレートに穴あけしてとりあえずつけてみました。
ネットで調べると、このスピンドルも軸がガタガタとかいろいろ悪い評判があるようなので、手直しが必要でしょうけど、とりあえず。
スピンドルモーターの制御は、スピンドルモーター電源に5kΩぐらいの可変抵抗がついていて、それでやるようになっていますので、可変抵抗を繋いでいる端子にコントローラーからPWM信号を入れてやることにします。
が、可変抵抗が繋がっている端子が電源のAC入力と絶縁されていないので、コントローラーボードの方から直接つないだりしてはだめです。
最初、コントローラーボードのGNDと可変抵抗が繋がっているコントロール入力の基準端子（黒い線が配線されてる）を繋いでみたら見事に家の漏電ブレーカーが作動して、家全体が停電しちゃいました（汗）。
フォトカップラーか何かで絶縁をしてやる必要がありますので、簡単に手持ちのフォトカップラー(TLP512)を使ってアイソレーションモジュールを作ってみました。
回路は
こんな感じの当たり前の回路を組みました。もともとの可変抵抗が5kΩでしたので、それに近い抵抗(4.7k)にフォトカプラーのフォトトランジスタからの電流を流して入力光に比例した電圧を発生させるようにしました。
入出力はいろいろ使いまわし等も考えて、端子台で出し、基板は、3Dプリンターで印刷したベースプレートにねじ止めしてあります。ベースプレートは実験が終わったら、両面テープでケースに貼って固定するつもり。
結果は良好で、linuxcnc からPWM出力を出すのは、こちらにある内容そのままを設定すれば、GUIにすでにスピンドルコントロールのボタンがついていますのでモータのON/OFFと速度調節が自在にできました。
PWM値が0の時にモーターは停止し、コントロール入力は０Vで、その時にVccが5Vでした。PWMをフルに入れたときはそのVccは3.3Vまでに降下してしまいますが、コントロール入力はそのとき、3.17V程度出ていましたので、ほぼMAX回転の制御ができたかな？と思います。
4.7kohmの抵抗をもっと大きい抵抗にすれば、電圧降下が下がりますので、もっと高速回転できるのかもしれませんがまだ試していません。MAX回転の時のモーター電圧を調べてみる必要がありそうです。
やはり、4.7kohmより大きい抵抗に変更することで、より早くモーターを回せることがわかりましたので、10kΩに変更したうえで、制御値とモーターの回転数の回転数の関係を調べてみましたら、狙ったPWMに比例したモーター回転数になっていません。PWMの出力は指定した通りに出ているのですが、制御入力にモーターのノイズなどが激しく出ており、また制御入力をがっちり狙った値にするためにはVccのインピーダンスが高すぎてどうにもなりません。
いろいろとやってみたんですが、うまくいかず、今のところ、PWM指定値と実際の回転数の関係をメモってそれに合わせて指定をすることにしています。