Шаговой двигатель для ЧПУ: как определиться с выбором?

Spread the love

Чтобы понимать какой шаговый двигатель для ЧПУ станка вам необходим, нужно знать требования к крутящему моменту и частоте вращения (скорости). Лучший шаговый двигатель будет способен обеспечить необходимый крутящий момент и при этом быть достаточно быстрым. Очень легко переплатить за слишком большой шаговый двигатель или выбрать слабый. Это руководство может помочь вам выбрать шаговый двигатель, который вам нужен для вашего приложения с ЧПУ.

Как специалиста по ЧПУ и консультанта, меня часто спрашивают рекомендации по шаговым двигателям от людей, которые хотят сделать ЧПУ или заменить двигатель в существующем ЧПУ.

Я предлагаю им свои лучшие варианты в зависимости от категории шагового двигателя:

• STEPPERONLINE NEMA 17 Stepper Motor
• STEPPERONLINE NEMA 23 Stepper Motor
• TOAUTO Integrated Closed-Loop NEMA 23 Stepper Motor with Driver
• Hobby-Unlimited NEMA 34 Stepper motor

Вот лучшие шаговые двигатели, доступные сегодня [2021] для приложений ЧПУ.

Лучшие шаговые двигатели для ЧПУ

Какие критерии определяющие для выбора?

Надо помнить о том, что, по сравнению с обычными двигателями, шаговые требуют более сложных схем для управления. А критериев не так уж много.

1. Параметр индуктивности.

Первый шаг – определение квадратного корня из индуктивности обмотки. Результат потом умножаем на 32. Значение, полученное в качестве итога, потом требуется сравнивать с напряжением источника, от которого питание идёт к драйверу.

Эти числа не должны отличаться друг от друга слишком сильно. Мотор будет греться и шуметь слишком сильно, если напряжение питания больше полученного значения на 30 и больше %. Если же он меньше, то, по мере нарастания скорости, крутящий момент убывает. Чем больше индуктивность – тем проще сохранить высокий крутящий момент. Но для этого надо подобрать драйвер, имеющий большое напряжение питания. Только в этом случае шаговой двигатель работает нормально.

1. График того, как крутящий момент и скорость зависят друг от друга.

Это позволит понять, насколько двигатель в принципе соответствует запросам и техническому заданию.

1. Параметры геометрического плана.

Особое внимание рекомендуется уделить диаметру вала, фланцу и длине двигателя.

Кроме того, следующие показатели так же рекомендуется внимательно изучить:

• Максимальный статический синхронизирующий момент.
• Момент по инерции у роторов.
• Ток внутри фазы по номиналу.
• Общее сопротивление фаз омического типа.

Сообщения с 1 по 25 из 58

1 Тема от iiv9 2016-02-10 22:12:28

Тема: Выбор шагового двигателя

Доброго времени суток Всем. Настало время сделать станок. У меня на первый взгляд простой вопрос для профессионалов в этом деле. Из какого расчета выбирается шаговый двигатель по мощности. Есть ли какие формулы для расчетов? Станок планирую для обработки древесины и пластика с рабочим полем 600 на 900.

2 Ответ от Sergey_Slavyanskiy 2016-02-11 08:40:43

Re: Выбор шагового двигателя

Доброго времени суток Всем. Настало время сделать станок. У меня на первый взгляд простой вопрос для профессионалов в этом деле. Из какого расчета выбирается шаговый двигатель по мощности. Есть ли какие формулы для расчетов? Станок планирую для обработки древесины и пластика с рабочим полем 600 на 900.

Естественно на каждый шаговый двигатель действует момент силы измеряемый в ньютон на метр ( Н*м). Подбирается в зависимости от станка, нужно знать конфигурацию и момент станка измерить можно простыми методами тоже в ньютон-метр!

3 Ответ от iiv9 2016-02-11 14:57:10

Re: Выбор шагового двигателя

Большое спасибо за ответ. Планирую делать станок по модели №4 (хоть про него ничего хорошего не пишут). Ориентировочно какие двигатели подойдут. Много моторов от старых принтеров, но они на мой взгляд слабоваты.

4 Ответ от cnc-master 2016-02-12 12:08:51

Re: Выбор шагового двигателя

Много моторов от старых принтеров, но они на мой взгляд слабоваты.

С моторчиками от принтера ничего дельного не получится! Разве что можно сделать выжигатель)

5 Ответ от pavel2015zp 2016-02-27 16:01:55

Re: Выбор шагового двигателя

Кто работал с шаговиками Nema 23 (3 А, 22 кг/см)? Хочу собрать станок используя такие двигатели. Как они показали себя в работе, не греются соответствуют указанным характеристикам?

6 Ответ от Sergey_Slavyanskiy 2016-02-28 16:28:55

Re: Выбор шагового двигателя

Кто работал с шаговиками Nema 23 (3 А, 22 кг/см)? Хочу собрать станок используя такие двигатели. Как они показали себя в работе, не греются соответствуют указанным характеристикам?

7 Ответ от pavel2015zp 2016-03-01 15:57:44 (изменено: pavel2015zp, 2016-03-01 15:58:37)

Re: Выбор шагового двигателя

Кто работал с шаговиками Nema 23 (3 А, 22 кг/см)? Хочу собрать станок используя такие двигатели. Как они показали себя в работе, не греются соответствуют указанным характеристикам?

Работать на станке буду в основном с деревом твердых парод и иногда алюминий

8 Ответ от Sergey_Slavyanskiy 2016-03-02 10:27:21

Re: Выбор шагового двигателя

нет не подойдёт 23

9 Ответ от oparin-ac 2016-03-16 10:25:46

Re: Выбор шагового двигателя

Скажите а как определить сколько Н*М мне нужно. Прошу прощения а то я в школе давно учился, не соображу что то.

10 Ответ от ficus 2016-04-11 14:06:17

Re: Выбор шагового двигателя

Человек сделал станочек на Nema23, вот ссылка forum.alexwest.ru/index.php?showtopic=13373

11 Ответ от Salomonlarry 2016-04-24 14:37:21

Re: Выбор шагового двигателя

Кто подскажет Nema 23 3A. НА рабочие поле примерно 800×1000 mm при условии что на ось X будут стоять два двигателя Вот станок https://777russia.ru/forum/viewtopic.ph … kWtEtU.vk, хватит мощности?

Добавлено: 2016-04-24 14:40:36

Передача будет ШВП

12 Ответ от Sergey_Slavyanskiy 2016-04-24 15:55:21

Re: Выбор шагового двигателя

13 Ответ от oldviking 2016-05-01 02:09:48

Re: Выбор шагового двигателя

14 Ответ от Sergey_Slavyanskiy 2016-05-01 11:04:28

О разновидностях двигателей

Для станка используемая разновидность шаговых двигателей – параметр не менее важный, чем остальные. Каждая модель наделена своими особенностями.

1. Биполярные чаще всего применяются совместно с ЧПУ.

Главное достоинство – возможность легко выбрать новый драйвер, если старый выходит из строя. На малых оборотах при этом сохраняется высокое удельное сопротивление.

1. Трёхфазные.

Для них характерна высокая скорость. Актуальны, если именно данному параметру уделяют больше всего внимания в случае выбора.

1. Униполярные.

Это несколько видов биполярных двигателей, которые отличаются друг от друга и подбираются в зависимости от подключения обмотки.

Шаговый двигатель в станке с ЧПУ: виды, плюсы, минусы, альтернативы

Одно из главных отличий современного станка с ЧПУ от «классических» моделей с ручным управлением – отсутствие кинематической связи между механизмами, отвечающими за перемещение рабочих органов и вращение шпинделя. Раздельный привод позволяет отказаться от использования многоступенчатых коробок передач, механических делительных головок, доверить сложные расчеты компьютеру. Но чтобы перемещения были точными, а станок всегда понимал, в какой точке находится режущий инструмент в текущий момент времени, привод должен иметь вполне определенные параметры. В механизмах станка с ЧПУ лучше всего с этими задачами справляются шаговые двигатели: компактные «послушные» в управлении и сравнительно недорогие.

В этой статье мы расскажем о работе этих устройств, постараемся найти их недостатки и подобрать альтернативные варианты.

По поводу резонанса при средних частотах

Шаговые двигатели связаны с возникновением сильного резонанса. По сути, они работают, как маятник с подвешенным на пружине грузиком. Роль груза выполняет ротор, а поле с магнитной энергией – пружина. Собственные колебания имеют частоту, определяемую по двум показателям:

1. Инерция ротора.
2. Сила тока.

Резонанс появляется, когда разность между скоростью и фазностью момента достигает 180 градусов. Это означает, что присутствует соответствие скорости и изменений внутри магнитного поля. Движение становится быстрым при позиционировании по новому шагу. Крутящий момент падает из-за того, что больше всего энергии уходит, чтобы преодолеть инерцию.

Альтернативные варианты

Единственный конкурент шагового двигателя в ЧПУ станке — сервомотор. Его установка требует реализации более сложной схемы управления с обратной связью (энкодером). Есть у него и другие недостатки. Выбор между сервоприводом и шаговым двигателем для ЧПУ станка вызывает много вопросов у начинающих станочников и споров на форумах. Чтобы определить оптимальный состав привода, нужно учесть следующие факторы:

1. Стоимость.
   При жестких ограничениях в бюджете широкий выбор отсутствует в принципе, и считается, что шаговый двигатель значительно дешевле сервомотора. Но это справедливо для устройств небольших типоразмеров. Чем больше мощность, тем меньше разница в цене, а у некоторых крупных моделей стоимость моторов обоих типов сопоставима.
2. Массово-габаритные характеристики станка.
   Чем больше станок, тем большая мощность нужна для перемещения рабочих органов. Склонность к резонансным явлениям сильнее проявляется у мощных шаговых двигателей, что может привести к пропуску шагов и снижению точности обработки. Для фрезерных станков с ЧПУ рекомендуется выбирать серводвигатели, если масса портала превышает 50 кг.
3. Сложность настройки.
   Схемы приводов с обратной связью требуют точной наладки и высокой квалификации оператора. Если требуется самое простое решение, оптимальным выбором для станка с ЧПУ будет шаговый двигатель.
4. Вероятность перегрузок и заклинивания.
   Считается, что при заклинивании серводвигатель обязательно выйдет из строя. Это не совсем так. Если станок настроен правильно, драйвер не пошлет сигнал на повторную отработку перемещения, выполнение программы прекратится, и стойка перейдет в режим ожидания до вмешательства оператора или наладчика. Шаговые двигатели при перегрузке могут пропустить несколько шагов. Из-за отсутствия обратной связи СЧПУ не узнает об этом и продолжит отсчитывать шаги дальше. Пропуск нескольких шагов при кратковременном заклинивании – это бракованная деталь на выходе. Потеря шагов также возможна при внешних вибрационных воздействиях и ударах.
5. Скорость перемещения.
   В массивных ЧПУ станках с шаговыми двигателями скорость движения портала обычно не превышает 9 м/мин. Если материал заготовки и режущий инструмент позволяют назначить режим обработки на более высоких скоростях, то мотор будет «узким местом», ограничивающим производительность. Тот же портал с приводом от серводвигателя аналогичного типоразмера сможет развить скорость до 60 м/мин.
6. Рабочие ускорения.
   Чрезмерный разгон шагового двигателя неизбежно приведет к пропуску шагов. Если предполагается работа на высоких ускорениях, лучше выбрать сервомотор.
7. Нагрузка на передачу в момент остановки.
   В тяжелых станках с ЧПУ шаговые двигатели часто устанавливают на механизмы вертикального перемещения шпинделя. Ротор затормаживается магнитными силами после остановки. Сервопривод в остановленном положении совершает колебания, что очень нежелательно. Шаговый двигатель хорошо ведет себя в механизмах поворота заготовки (4-ой оси), кода требуется удерживать ее в стационарном положении.

Об энкодерах и драйверах, подключениях

Специальные драйверы нужны для того, чтобы управлять устройством. Они подключаются к LTP портам у персональных компьютеров. От программы идёт генерация сигналов, которые потом принимаются драйверами. После чего двигатель и получает определённые команды. Подача тока на обмотки позволяет организовать работу всего устройства. Программное обеспечение облегчает контроль:

• По двигательной величине.
• Для скоростей.
• По траекториям.

Драйвер – это блок, отвечающий за управление всем двигателем. Формирование управляющего сигнала происходит при участии специального контроллера. Что предполагает подключение к устройству сразу четырёх выводов шагового двигателя. С блока питания идёт энергия, отрицательная и положительная, она и соединяется с моторами для дальнейшей работы.

С контроллера ПУ сигналы идут к драйверу. Далее организуется управление процессом, во время которого переключаются ключи, составляющие схему с питающим напряжением. Последнее идёт с блока питания, на двигатель, проходя по ключам.

Что ещё учесть?

Центр-краном называют обычный провод. Ещё для него используют обозначения «. Часть моделей шаговых двигателей снабжаются подобными приспособлениями. Каждая обмотка идёт совместно с тремя проводами, когда речь идёт об униполярных вариантах. Два из них организуют соединение с транзисторами. Центр-кран или средний идёт прямо до источника питания или напряжения.

Два боковых провода вообще можно игнорировать, если транзисторы использовать не планируется.

Пяти- и шестипроводные модели во многом похожи друг на друга. Но внутри центральные провода выводятся в один общий кабель, вместе с остальными составляющими. Обмотки не удастся соединить друг с другом, если будут отсутствовать разрывы. Лучше всего именно средний провод соединять с другими проводниками. Тогда об эффективности и безопасности устройства можно будет не волноваться. Нужно просто брать подходящие детали.