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.
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.
- 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.
- График того, как крутящий момент и скорость зависят друг от друга.
Это позволит понять, насколько двигатель в принципе соответствует запросам и техническому заданию.
- 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.
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:
- 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - Рабочие ускорения.
Чрезмерный разгон шагового двигателя неизбежно приведет к пропуску шагов. Если предполагается работа на высоких ускорениях, лучше выбрать сервомотор. - 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.
О разновидностях двигателей
Для станка используемая разновидность шаговых двигателей – параметр не менее важный, чем остальные. Каждая модель наделена своими особенностями.
- 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.
- Трёхфазные.
Для них характерна высокая скорость. Актуальны, если именно данному параметру уделяют больше всего внимания в случае выбора.
- Униполярные.
Это несколько видов биполярных двигателей, которые отличаются друг от друга и подбираются в зависимости от подключения обмотки.
Дополнительные рекомендации по выбору
Максимум по току требуемого напряжения, идущего к выводам – главный фактор, на основании которого следует делать выбор. Ток, выдаваемый драйвером, может быть следующих типов:
Желаемые параметры по исходному напряжению выбираются при помощи специальных переключателей.
Шаговые двигатели могут иметь различный порядок подключения. Обычно он зависит от того, каким количеством проводов снабжён привод. Надо обратить внимание и на назначение устройства. На рынке выпускается множество моделей, и практически у каждой используется свой вариант подключаемой схемы. Внутри размещается до 4-6 проводов. Биполярные модули сопровождают стандартно именно варианты с четырьмя проводами.
Каждые две обмотки идут с двумя приводами. Нужно использовать обычный метр, чтобы не допустить ошибок. Шестипроводные двигатели отличаются максимальной мощностью. Это значит, что каждая обмотка сопровождается двумя проводами и одним центр-краном. Такие аппараты допускают два вида соединений:
Для разделения проводов так же применяются приборы измерения. Однополярные устройства предполагают, что используются все шесть проводов. В случае с биполярными можно взять всего один центральный кран вместе с проводами по одной обмотке.
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:
- Инерция ротора.
- 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.
Как выбрать шаговый двигатель для ЧПУ станка?
Самостоятельный выбор шагового двигателя для ЧПУ станка привода — работа сложная и требующая точных расчетов. Он должен преодолеть силу трения в ШВП или передаче винт-гайка, инерцию портала и рабочую нагрузку, которая зависит от свойств обрабатываемой детали и режима резания. Также нужно учесть геометрические параметры присоединительного фланца, вала и корпуса. Важный момент – анализ графика зависимости крутящего момента от частоты вращения. Именно здесь ошибки приводят к пропуску шагов.
Тем, кто все же решился собрать станок самостоятельно, мы рекомендуем посмотреть характеристики приводов готовых моделей, близких по размерам и поставленным задачам.
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.
Как работает шаговый двигатель?
Наиболее важная конструктивная особенность шагового двигателя – явно выраженные магнитные полюса. На статоре их роль играют сердечники обмоток. Ротор выглядит как зубчатое колесо: выступы на его поверхности – это тоже полюса (постоянных магнитов). Благодаря такой конструкции шаговый двигатель способен совершать дискретные угловые перемещения с остановкой в определенном положении. Связанный с ним через передачу винт-гайка узел станка совершает заданное линейное перемещение.
Управляющий сигнал для шагового двигателя представляет собой последовательность импульсов. Их количество кратно числу шагов, которые совершает ротор. Система управления станка знает, сколько импульсов было послано на двигатель, и может посчитать текущее положение исполнительного механизма.
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.
ЧПУ по дереву. Какой ШД выбрать?
Сообщение Dushman » 06 мар 2022, 10:24
Re: ЧПУ по дереву. Какой ШД выбрать?
Сообщение MX_Master » 06 мар 2022, 10:57
Re: ЧПУ по дереву. Какой ШД выбрать?
Сообщение nevkon » 06 мар 2022, 12:25
Re: ЧПУ по дереву. Какой ШД выбрать?
Сообщение Dushman » 06 мар 2022, 12:28
Re: ЧПУ по дереву. Какой ШД выбрать?
Сообщение MX_Master » 06 мар 2022, 12:41
Re: ЧПУ по дереву. Какой ШД выбрать?
Сообщение Dushman » 06 мар 2022, 12:45
Еще один вопрос:Соединять его напрямую со шпилькой или через шестерню (зубчатый ремень)?
Re: ЧПУ по дереву. Какой ШД выбрать?
Сообщение slavyan75 » 06 мар 2022, 13:04
Re: ЧПУ по дереву. Какой ШД выбрать?
Сообщение Dushman » 06 мар 2022, 13:32
Re: ЧПУ по дереву. Какой ШД выбрать?
Сообщение raddd » 06 мар 2022, 13:36
Re: ЧПУ по дереву. Какой ШД выбрать?
Сообщение Dushman » 06 мар 2022, 13:47
Re: ЧПУ по дереву. Какой ШД выбрать?
Сообщение loi_28 » 06 мар 2022, 13:49
Re: ЧПУ по дереву. Какой ШД выбрать?
Сообщение xenon-alien » 06 мар 2022, 13:56
Re: ЧПУ по дереву. Какой ШД выбрать?
Сообщение Dushman » 06 мар 2022, 13:57
Re: ЧПУ по дереву. Какой ШД выбрать?
Сообщение loi_28 » 06 мар 2022, 14:19
Re: ЧПУ по дереву. Какой ШД выбрать?
Сообщение Dushman » 06 мар 2022, 14:28
Re: ЧПУ по дереву. Какой ШД выбрать?
Re: ЧПУ по дереву. Какой ШД выбрать?
Re: ЧПУ по дереву. Какой ШД выбрать?
Re: ЧПУ по дереву. Какой ШД выбрать?
Сообщение Dushman » 06 мар 2022, 20:01
Источник
Какой гибридный серво-шаговый привод выбрать?
Какой гибридный серво-шаговый привод выбрать?
Сообщение parket_3d » 02 ноя 2022, 18:15
Re: Какой гибридный серво-шаговый привод выбрать?
Сообщение lkbyysq » 02 ноя 2022, 21:28
Re: Какой гибридный серво-шаговый привод выбрать?
Сообщение parket_3d » 02 ноя 2022, 21:39
Re: Какой гибридный серво-шаговый привод выбрать?
Сообщение AVK74 » 03 ноя 2022, 10:24
Re: Какой гибридный серво-шаговый привод выбрать?
Сообщение parket_3d » 03 ноя 2022, 10:46
Re: Какой гибридный серво-шаговый привод выбрать?
Сообщение lkbyysq » 03 ноя 2022, 12:40
Re: Какой гибридный серво-шаговый привод выбрать?
Сообщение AVK74 » 03 ноя 2022, 13:59
Re: Какой гибридный серво-шаговый привод выбрать?
Сообщение parket_3d » 03 ноя 2022, 16:01
Re: Какой гибридный серво-шаговый привод выбрать?
Сообщение AVK74 » 03 ноя 2022, 16:34
Re: Какой гибридный серво-шаговый привод выбрать?
Сообщение parket_3d » 03 ноя 2022, 17:31
Re: Какой гибридный серво-шаговый привод выбрать?
Сообщение lkbyysq » 03 ноя 2022, 18:07
У меня пять станков, четыре из них на простых шаговиках. Бывает, что пилят и по двое суток без перерыва. И ничё.
Плохому танцору станку яйца шаговики мешают.
Re: Какой гибридный серво-шаговый привод выбрать?
Сообщение AVK74 » 03 ноя 2022, 19:55
Re: Какой гибридный серво-шаговый привод выбрать?
Сообщение parket_3d » 03 ноя 2022, 21:41
Re: Какой гибридный серво-шаговый привод выбрать?
Сообщение rehden » 05 ноя 2022, 23:48
Re: Какой гибридный серво-шаговый привод выбрать?
Сообщение AVK74 » 06 ноя 2022, 06:52
Источник
Достоинства и недостатки
У шаговых двигателей обширный перечень преимуществ. Самые важные из них:
- Доступная стоимость.
Такие приводы применяются не только в промышленных станках, но и в бытовой технике. Например, на маломощные самодельные станки часто устанавливают шаговые двигатели, снятые с принтеров. - Надежность.
Благодаря отсутствию щеток и применению подшипников с избыточным рабочим ресурсом вывести из строя шаговый двигатель достаточно сложно. Перегрузки приводят к пропуску шагов, но не повреждают двигатель. - Высокая скорость отклика на управляющий сигнал.
Старт, торможение и реверсирование происходят практически мгновенно из-за того, что максимальный момент двигатель развивает при скоростях, близких к нулю.
Есть у таких приводов и недостатки:
- На обмотках двигателя всегда есть напряжение, то есть он постоянно потребляет энергию.
- Крутящий момент зависит от частоты вращения, и на высоких скоростях он значительно падает.
- Эффект резонанса — падение момента на некоторых частотах вращения. При чем резонансная частота непостоянна и зависит от величины нагрузки.
- При пропуске шагов система ЧПУ не сможет правильно определить положение исполнительного механизма, если шаговый привод работает без обратной связи.
