Программное обеспечение для определения размеров шаговых и серводвигателей для ЧПУ

Я вижу, как многие задаются вопросом, какого размера двигатели им нужны для проектов преобразования с ЧПУ. Самый большой всегда лучший? Как быстро это будет идти? Много вопросов.

В связи с этим я решил добавить некоторые вычисления, которые я обычно использую, в последнюю версию нашего калькулятора G-Wizard CNC (1.641). Экран расчета выглядит следующим образом:

Давайте пройдемся по каждой строке и посмотрим, для чего она предназначена и как пользоваться калькулятором.

Начнем с расчета пикового крутящего момента. Его целью является определение скорости вращения оси, когда ваш двигатель работает с максимальным крутящим моментом. Мне нравится делать эту скорость на порогах для машины, чтобы пик соответствовал наиболее быстрому движению. Чтобы рассчитать скорость вращения оси при пиковом крутящем моменте, введите следующее:

- Пик крутящего момента двигателя: в идеале, вы увидите это на графике мощности от производителя. Если у вас его нет, я предлагаю попробовать 2000 об / мин для степперов и 3000 об / мин для сервоприводов.Большинство производителей могут предоставить вам эту информацию, и она того стоит.

- Коэффициент шкива привода двигателя: Если двигатель непосредственно приводит в движение ходовой винт, введите значение «1». В противном случае введите соотношение шкивов.

- Вывод ходового винта: это количество единиц (дюймов или мм) за оборот, на которое винт будет перемещать ось.

Из этой информации G-Wizard рассчитает:

- число оборотов двигателя на дюйм движения (или мм движения): показывает, сколько оборотов необходимо для перемещения оси на одну единицу.

- Пиковая скорость оси крутящего момента: как быстро ось будет двигаться, когда двигатель достигнет своего пикового момента вращения.

В общем, вы должны предполагать, что это будет самый быстрый способ, которым вы сможете запустить свой ЧПУ, и вам может быть трудно добиться этого числа из-за множества факторов. Если крутящий момент двигателя не может прикладывать достаточное усилие в течение достаточно короткого периода времени, ось может не ускоряться достаточно быстро, чтобы достичь скорости до того, как она достигнет конца хода. Или ваш контроллер cnc может быть не в состоянии генерировать достаточное количество шагов в секунду, чтобы управлять такой большой скоростью.Подробнее об этом через минуту.

Второй раздел посвящен резолюции. Разрешение - это мера наименьших движений, на которые способна ваша система. Обратите внимание, что он может быть неспособен выполнять такие маленькие движения многократно, что означает, что его точность меньше, чем его разрешение. Ни в коем случае точность никогда не будет выше разрешения.

Для расчета информации о разрешении нам нужны два значения:

- Шаг за оборот: большинство степперов используют 200 шагов за оборот, но вы должны увидеть, что говорит ваш производитель.Для сервоприводов это зависит от того, сколько шагов за оборот имеет энкодер.

- Микрошагы: в то время как ваш шаговый привод может выдерживать очень мелкие ступени микроперехода, стоит помнить, что при большем количестве микрошагов вы теряете много крутящего момента. При выборе количества шагов, на которые вы действительно можете рассчитывать, учитывайте следующее:

Микрошаг / полный шаг	Крутящий момент удержания / Microstep
1	100.00%
2	70,71%
4	38,27%
8	19,51%
16	9,80%
32	4,91%
64	2,45%
128	1,23%
256	0,61%

Как видите, разрешение в 256 микрошагов - иллюзия - всего 0.61% удерживающего момента доступно в этом разрешении.

Эта запись имеет другое назначение для сервоприводов. Большинство сервокодеров являются квадратурными, что означает, что они генерируют в 4 раза больше импульсов, чем подразумевает их разрешение. Таким образом, мы вводим «4» под микрошагом для этих кодеров.

С учетом этой информации G-Wizard рассчитает следующее:

- Разрешение полного шага: насколько далеко ось будет двигаться на полный шаг?

- Разрешение на микрошаге: Как далеко ось будет перемещаться на микрошаге? Это по сути полное разрешение шага для сервоприводов.

- Шагов на единицу: Сколько шаговых импульсов необходимо для перемещения оси на дюйм или мм?

- число шагов в секунду при максимальном вращающем моменте: это критическое значение, так как оно говорит вам о частоте импульсов, которую должно обеспечить ваше программное обеспечение ЧПУ для управления осью с максимальной скоростью вращения. Пользователи Mach4 могут запустить тест драйвера, чтобы определить максимальную надежную скорость при использовании параллельного порта. При определенной частоте пульса трудно получить надежное движение, если у вас нет платы управления движением, такой как Smoothstepper.Если это число больше, чем то, что Mach4 сообщает как максимальную надежную скорость параллельного порта, вам понадобится одна из этих плат.

Последнее значение, которое мы можем вычислить, - это максимальная следующая ошибка до того, как система сообщит об ошибке сервопривода. Например, моя машина использует приводы Gecko 320 для сервоприводов, и они отказывают, если ось отстает на 128 импульсов. Итак, я ввожу 128, и он говорит мне, что моя система выйдет из строя, если ось отстанет от заданной позиции более чем на 0,0045 ″.

Этот калькулятор не является полным расчетом размеров.Я думаю об этом как о большей проверке здравомыслия. Но это может быть полезно, так как вы смотрите на различные варианты двигателя. В будущем я, вероятно, добавлю больше наворотов к нему.

Присоединяйтесь к 100 000+ CNC'еров! Получайте наши последние сообщения в блоге прямо на вашу электронную почту один раз в неделю бесплатно. Кроме того, мы предоставим вам доступ к некоторым отличным справочным материалам по ЧПУ, включая:

.Объяснение оси фрезерного станка с ЧПУ

[Полное руководство по DIY]

Шаговый двигатель для фрезерного станка с ЧПУ…

На фотографии выше показан типичный шаговый двигатель для фрезерного станка с ЧПУ. Так называют Stepper Motors, потому что они предназначены для движения с дискретными ступенями . Типичный шаговый двигатель может двигаться за 200 шагов за оборот; около 1,4 градуса за шаг.

Обратите внимание, что данный конкретный мотор имеет водонепроницаемое соединение.Это важно, если на вашей машине когда-либо будет залито охлаждающее средство - охлаждающая жидкость и электрика будут плохо смешиваться.

Stepper Motors - самый распространенный двигатель для проектов ЧПУ, но большинство коммерческих ЧПУ, по крайней мере, промышленного качества, используют Servo Motors .

Вот серводвигатель, который я использовал в своем проекте для преобразования мельницы RF-45 в ЧПУ:

Серводвигатель с ременным приводом…

В чем разница между сервоприводом и шаговым двигателем?

Основное отличие состоит в том, что сервоприводы имеют с замкнутым контуром , а шаговые двигатели - с разомкнутым контуром .

К сервоприводу подключено устройство, называемое энкодером. Вы можете видеть это на фотографии как маленький черный ящик на задней панели сервомеханизма, к которому подключен серый кабель.

Типичный оптический датчик положения вала для серводвигателя…

Энкодеры - это датчики, которые показывают сервоприводу, как далеко он продвинулся. Этот сигнал обеспечивает обратную связь с контроллером, что дает ряд преимуществ и повышает производительность. Обратная связь объясняет, почему он называется «Замкнутый цикл».

При использовании шагового двигателя контроллер сообщает ему о необходимости сделать шаг, и он просто должен предположить, что он это сделал.

Почему бы и нет?

В большинстве случаев это так, но когда это не так, двигатель теряет шаги. Это происходит, если мы просим двигатель сделать что-то, что слишком сложно сделать. Это случается не часто, но случается чаще, чем хотелось бы.

Потерянные шаги ограничивают точность станка с ЧПУ.

Сервоприводы

также работают лучше в том смысле, что они вырабатывают энергию в более широком диапазоне и часто на более высоких оборотах.Это может привести к более быстрым движениям оси и лучшему ускорению.

Наконец, сервоприводы имеют более высокое разрешение. Степпер имеет 200 шагов на оборот. В настоящее время давайте проигнорируем идею Microstepping, потому что она не надежна как способ увеличения разрешения нашей машины. Теперь, когда 200 шагов проходит через ходовой винт и, возможно, ремень или другой привод, поэтому фактическое расстояние, пройденное за 1 шаг, может быть довольно маленьким. Но есть конечное расстояние.

Сервокодер обычно имеет 1024 позиции, которые он может измерять, и даже 4096 позиционных кодеров не являются редкостью.Это число, 1024, становится серво-эквивалентом 200 шагов, поэтому мы можем видеть пятикратное улучшение разрешения.

Есть много плюсов и минусов Сервос против Степперов. Эта статья дает вам полный совок:

[Servos vs Stepper Motors / Open vs Closed Loop в ЧПУ]

Выбор подходящих двигателей для вашего проекта ЧПУ

Как вы можете себе представить, есть научный процесс, который вы можете использовать, чтобы выбрать правильные двигатели для вашего проекта ЧПУ. Требуется несколько шагов:

1.Решите, хотите ли вы Servos или Steppers.

2. Определите диапазон подачи, который вам нужен для вашего станка с ЧПУ, на основе материалов и резцов, которые вы будете использовать с ним.

3. Определите требования к ускорению для вашей машины. Примечание. С вами постоянно связываются люди, которые хотят использовать G-Wizard для определения силы резания, чтобы они знали, какой двигатель выбрать. Плохие новости: вы пожалеете, если будете следовать по этому пути, потому что ускорение - это то, что определит производительность вашей машины, и для ускорения оси требуется гораздо больше усилий, чем просто удерживать на ней силы резания.

С учетом информации, полученной на этих этапах, вы можете сделать очень грамотный выбор того, какие двигатели использовать.

Конечно, у нас есть статьи, которые проведут вас через этот процесс:

[Определение ваших потребностей в производительности движения (# 2)]

[Силы ускорения и резания (# 3)]

[Выбор окончательного варианта двигателя с ЧПУ]

Вот графическое резюме процесса принятия решений, описанного в 3 статьях:

,