0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Скоростной двигатель для ЧПУ станков

Содержание

Как выбрать привод для двигателя станка с ЧПУ

Как выбрать привод станка ЧПУ

Использование наиболее подходящего драйвера для двигателя позволяет добиться максимальной эксплуатационной надежности привода, а также снизить энергопотребление, поэтому очень важно правильно выбрать привод станка.

Электрические приводы, используемые в промышленном оборудовании, потребляют огромное количество энергии. Практически любая автоматизированная операция на производстве — от упаковки и наклеивания этикеток до перемещения заготовок с помощью робота — требует использования хотя бы одного электрического привода. Таким образом, при подборе интеллектуальных и интегрированных драйверов инженерам необходимо учитывать эти энергозатраты.

Энергоэффективность привода определяется множеством факторов, поэтому для того, чтобы выбрать оптимальный драйвер, используются достаточно сложные методы. Однако, конструкторы и инженеры упрощают эту задачу, применяя аналитический подход к оценке механики и энергопотребления приводов. Нижеприведенное пошаговое руководство поможет вам правильно определить конструкцию и типоразмер привода, а также подобрать драйвер, позволяющий реализовать максимально энергоэффективную систему. (См.также «Какова разница между мотором и драйвером?»)

Анализ и сравнение драйверов

В общем случае, полноценный привод состоит из механических и электрических/электронных компонентов. С учетом этого, можно рассчитать общую энергоэффективность системы, а также объем выброса CO2 и связанные с этими факторами производственные издержки. Кроме того, можно оценить потенциальную экономию электроэнергии и снижение затрат за счет использования системы рекуперативного торможения вместо тормозного резистора. Другим важным фактором достижения максимальной эффективности привода является выбор компонентов, параметры которых точно соответствуют конкретной задаче. При этом компоненты привода не должны быть переразмеренными, равно как не должны подвергаться перегрузкам.

Многоскоростные двигатели, совпадающие по типоразмерам с двигателями классов энергоэффективности IE1 и IE2, генерируют более высокую мощность на валу, позволяя инженерам использовать двигатели меньшего типоразмера для той же выходной мощности.

Оценка энергоэффективности проводится с использованием специального программного обеспечения, позволяющего определить характеристики привода для конкретного целевого применения. Такой подход позволяет предотвратить использование переразмеренных моторов и драйверов.

Кроме того, существует конструкторское программное обеспечение, которое моделирует различные режимы работы, оценивает энергопотребление и дает рекомендации по использованию определенных компонентов. Это же ПО проводит так называемый «энергетический аудит», который показывает энергопотребление отдельных компонентов привода. Имея под рукой результаты аудита, конструктор может провести пошаговое сравнение характеристик механических и электрических/электронных компонентов привода.

Универсальность энергоэффективных драйверов

Правильно выбранный драйвер дает конструктору широкий простор, чтобы выбрать шаговый двигатель надлежащего типоразмера и достаточной мощности, а также позволяет отказаться от более дорогостоящих и менее эффективных моторов. Классические трехфазные двигатели переменного тока имеют прямую зависимость между типоразмером и эффективностью. В результате, конструктор сталкивается с проблемой размещения больших двигателей в корпусе оборудования и другими трудностями. Например, более крупные роторы имеют большую инерцию, что влечет за собой повышенное энергопотребление при изменении частоты вращения.

Для стандартного четырехполюсного трехфазного двигателя переменного тока оптимально использовать питание с частотой 120 Гц, поскольку оно позволяет добиться максимальной выходной мощности, наилучших динамических характеристик, широкого диапазона частоты вращения и высокой энергоэффективности. Многоскоростные двигатели не только обеспечивают широкий диапазон частот вращения и имеют высокий КПД, но и позволяют снизить расходы благодаря максимальному энергосбережению. Большинство многоскоростных трехфазных двигателей с частотой 120 Гц было разработано в первую очередь для повышения КПД и улучшения энергосберегающих характеристик.

Компактные многоскоростные двигатели переменного тока с частотой сети 120 Гц позволяют экономить пространство и особенно востребованы для оборудования, в котором требуется переменная частота вращения вала. Такие двигатели более эффективны, нежели двигатели класса IE2, и позволяют регулировать частоту вращения в диапазоне 24:1. К примеру, регулировка частоты вращения обычных двигателей может осуществляться в диапазоне 3:1. Поскольку двигатели с частотой сети 120 Гц имеют более широкий диапазон частот вращения, они могут использоваться в оборудовании, в котором один двигатель должен обеспечивать работу на различных частотах вращения с постоянным крутящим моментом.

В конечном счете, потребителям важны надежность и доступность двигателя. Например, для автоматизированных складов очень важно обеспечить высокую пропускную способность, плотность размещения и энергоэффективность, поскольку это обеспечивает снижение расходов. При этом оборудование должно иметь максимально гибкие регулировки. Двигатели переменного тока с частотой 120 Гц обеспечивают все необходимые для этого характеристики и могут использоваться в оборудовании различных целевых назначений. Эти компактные трехфазные двигатели могут использоваться в энергоэффективных приводах без необходимости внесения дорогостоящих изменений в конструкцию оборудования.

Асинхронные двигатели, оптимизированные для работы в приводе с регулируемой частотой вращения, обеспечивают постоянный крутящий момент в более широком диапазоне скоростей в сравнении со стандартными двигателями.

Асинхронные исполнения многоскоростных двигателей с частотой 120 Гц, оптимизированные для работы с инвертором, могут быть на 2 типоразмера меньше по сравнению со стандартными двигателями класса IE2, имеющими схоже характеристики. Кроме того, такие двигатели отличаются меньшей инерционностью ротора, поскольку он имеет меньшие размеры и массу. Это позволяет добиться более быстрого динамического отклика, благодаря чему двигатель в состоянии разогнаться с 0 до 3500 об/мин всего за 500 мсек.

Новые высокопроизводительные устройства транспортировки и хранения позволяют максимально быстро перемещать товары по складу. Энергоэффективный привод и система управления обеспечивают необходимые для этого динамические характеристики. Применение в конструкции композитных материалов в качестве замены металлических значительно снижает нагрузку, в результате чего масса привода может быть заметно уменьшена, что в свою очередь дает возможность использования валов меньших диаметров. Сниженная нагрузка и инерционность, а также применение синхронных серводвигателей позволяют добиться выдающих скоростных характеристик для устройств транспортировки и хранения.

Эффективное преобразование энергии

Самая дорогая энергия — это неиспользованная энергия. Многие устройства с электрическими приводами требуют частого разгона и торможения. Таким образом, правильная организация процесса торможения может значительно повысить КПД устройства. В фазу ускорения или подъема груза электрическая энергия преобразуется в кинетическую энергию, часть которой подлежит преобразованию при торможении привода или опускании груза. Эта энергия зачастую преобразуется в тепло, генерируемое в тормозных резисторах и абсолютно неиспользуемое. В некоторых устройствах существует возможность перенаправления этой энергии в другие части привода или кратковременного накопления в конденсаторах с последующим повторным использованием освобожденной энергии в питающих цепях устройства. Рекуперированная энергия является наиболее полезной и экономически выгодной при мощностях свыше 5 кВт, однако экономия энергии в данном случае является всего лишь номинальной.

Читать еще:  Самодельные оснастки и монтажи для рыбалки

Механическая энергия, генерируемая электроприводом, должна использоваться в автоматическом режиме с целью максимально эффективного использования. Более трети новых трехфазных двигателей переменного тока предназначены для работы с инверторами с электронным управлением. Преимущества таких двигателей становятся более очевидными в узлах, включающих в себя редукторы и инверторы. Сочетание высокоэффективного редукторного двигателя переменного тока с устанавливаемым на нем децентрализованным инвертором обеспечивает простоту и необходимую энергоэффективность системы, а также избавляет от необходимости использования шкафа управления.

При использовании стандартной схемы размещения устройств в шкафу, компактные децентрализованные инверторы позволяют минимизировать требования к габаритам шкафов. Децентрализованные драйверы имеют малую высоту, монтируются непосредственно на двигателе и могут быть дополнены редуктором для достижения КПД от 92 до 98%.

Расчет энергосбережения

Введение класса энергоэффективности IE2 привело к развитию инверторов, позволяющих добиться высоких показателей эффективности без потерь производительности. К примеру, многие децентрализованные инверторы адаптируют токи намагничивания мотора к текущим потребностям, в результате чего снижаются потери, особенно при частичной загрузке. В свою очередь, это увеличивает эффективность и снижает энергопотребление на величину до 30%.

Многоскоростные двигатели обеспечивают широкий диапазон частот вращения и высокий КПД с одновременным снижением энергопотребления и связанных с ним затрат. Электрические обмотки этих двигателей оптимизированы под номинальный ток с напряжением 380 В и частотой 120 Гц, при номинальной частоте вращения 3500 об/мин, при этом сохраняется максимальная гибкость регулировки. Такие двигатели имеют относительно небольшие размеры, высокий КПД и могут использоваться в сочетании с двухступенчатым коническим редуктором с КПД 96%, имеющим легкий алюминиевый корпус и высокоточные зубья повышенной износостойкости.

Большинство специалистов по электрике и электронике соглашаются, что синхронные двигатели с постоянными магнитами соответствуют стандарту эффективности IE3. Децентрализованные драйверы могут запускать эти двигатели без необходимости обеспечения обратной связи. Такая реализация также позволяет использовать разомкнутую систему управления в некоторых устройствах с позиционированием. Возможность сэкономить на обратной связи является несомненным плюсом таких драйверов.

В качестве наглядного примера рассмотрим центр распределения продуктов питания, в котором задействовано 10000 двигателей с редукторами и драйверами. Для такой системы достаточно приблизительно рассчитать общие затраты, связанные с двигателями, чтобы подчеркнуть важность правильного подбора типоразмеров.

Предположим, что в этом центре используются только двигатели выходной мощностью 2 кВт, которые при полной нагрузке имеют КПД 84% и соответствуют классу энергоэффективности IE2. Каждый двигатель потребляет мощность, равную 2000/0.84 = 2381 Вт. Таким образом, каждый из двигателей будет потреблять 57 кВт*ч энергии в сутки. Если принять стоимость за 1 кВт*ч, равную $0.10, то стоимость энергии для работы каждого двигателя за сутки составит $5.70. Если правильный подбор типоразмеров двигателей и использование мехатронных модулей позволит повысить эффективность хотя бы на 1%, центр будет экономить ежедневно $570 на электричестве.

Децентрализованные драйверы, имеют малую высоту, монтируются непосредственно на двигателе и могут быть дополнены редуктором для достижения КПД от 92 до 98%. Такая реализация позволяет напрямую передавать энергию двигателю с минимальными потерями и значительной экономией пространства.

Правильно подобранные приводы значительно упрощают жизнь и очень ценятся конечными потребителями. Для выполнения корректного подбора двигателя необходимо понимать принцип работы вашего оборудования, а также знать, какие технологии следует применить для достижения максимальной эффективности эксплуатации. Таким образом, при разработке автоматизированной системы необходимо сотрудничать с компаниями, имеющими богатый опыт в производстве компонентов и построении полноценных систем. Такой подход гарантирует эффективность совместной работы аппаратной части и программного обеспечения, будь то многокомпонентная система, отдельный узел оборудования или комплекс оборудования на крупном производственном предприятии.

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.

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.

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.

Типы шаговых приводов

Существует два типа шаговых приводов:

  • Униполярные. Обмотки статора имеют от 5 до 8 выводов. Двигатель включается в работу посредством их коммутации при помощи простейшего драйвера с четырьмя ключами.
  • Биполярные. В таком моторе всего 4 вывода, и для изменения параметров магнитного поля им нужна более сложная система управления.

Биполярные двигатели развивают большие моменты на валу, чем униполярные, при сравнимых массово-габаритных характеристиках, поэтому их в станках с ЧПУ можно увидеть значительно чаще.

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.

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.
Читать еще:  Простой деревянный стол и скамейки для детей

Какие двигатели применяются в станках MULTICUT?

Надежность конструкции – основной критерий, по которому инженеры компании MULTICUT оценивают комплектующие для станков от сторонних производителей. В выборе двигателей для механизмов перемещения не допускаются компромиссы в качестве.

По умолчанию на все станки устанавливаются шаговые приводы MIGE и контроллеры YAKO. Базовая комплектация выбрана исходя из пожеланий заказчиков и анализа оборудования конкурентов. Приводы демонстрируют высокие крутящие моменты и динамику. Станок стабильно работает на ускорениях до 1,5 м/с 2 . Двигатели работают в микрошаговом режиме с точностью 300 шагов на оборот. В сочетании с редуктором с передаточным отношением 5 аппаратная точность позиционирования составляет 6 мкм. «Шаговость» никак не отражается даже на самых мелких деталях.

В качестве опции заказчику предлагаются сервоприводы DELTA серии ASDA-B2. Эти двигатели отличаются отличной управляемостью: положение, момент и скорость могут регулироваться сигналом задания. По динамическим характеристикам эти моторы значительно превосходят более дорогие аналоги. Разгон от -3000 до + 3000 оборотов в минуту на холстом перемещении составляет около 10 мс. В тех моделях, которые мы устанавливаем на станки, есть тормозной резистор. В энкодер с разрешением 160000 импульсов на оборот встроен цифровой модуль управления, который позволяет оперативно выполнить конфигурирование мотора.

Если станок рассчитан на работу в высоконагруженных режимах, от него требуется хорошая производительность, то мы рекомендуем выбирать сервоприводы ESTUN. Интеллектуальные силовые модули промышленного класса, используемые в конструкции двигателей, позволяют им выдерживать перегрузки по току, развивать высокие моменты во время пуска. Производитель реализовал функцию подавления вибрации, сделал настройку простой и удобной, а двигатель — отзывчивым и точным в работе.

На настольные станки 500-й серии мы устанавливаем привода мощностью 200 Вт (на каждую ось). В базовой комплектации крупногабаритных моделей мощность шаговых двигателей составляет 400 Вт. Для всех серий станков в сервоисполнении мы предлагаем моторы мощностью 0,75 и 1 кВт.

Чтобы получить консультации по вопросам выбора и комплектации станков MULTICUT, позвоните по контактному телефону в вашем регионе.

Подбор и расчет шаговых двигателей для ЧПУ

При подборе шагового двигателя для ЧПУ необходимо отталкиваться от планируемой сферы применения станка и технических характеристик. Ниже представлены критерии выбора, классификация наиболее популярных двигателей и примеры расчета.

Как выбрать шаговый двигатель для ЧПУ: критерии

  1. Индуктивность. Следует вычислить квадратный корень из индуктивности обмотки и умножить его на 32. Полученное значение нужно сравнить с напряжением источника питания для драйвера. Различия между этими числами не должны сильно отличаться. Если напряжение питания на 30% и более превышает полученное значение, то мотор будет греться и шуметь. Если меньше, то крутящий момент будет слишком быстро убывать со скоростью. Большая индуктивность потенциально обеспечит возможность для большего крутящего момента. Однако для этого потребуется драйвер с большим напряжением питания.
  2. График зависимости крутящего момента от скорости. Позволяет определить, удовлетворяет ли выбранный двигатель условиям в техническом задании.
  3. Геометрические параметры. Имеет значение длина двигателя, фланец и диаметр вала.

Тип двигателя

Важный критерий – тип шагового двигателя для ЧПУ станка. Широко распространены биполярные, униполярные и трехфазные модели. Каждая из них имеет свои особенности:

  • биполярные чаще всего используют для ЧПУ благодаря простому подбору нового драйвера при выходе старого из строя, высокому удельному сопротивлению на малых оборотах;
  • трехфазные отличаются большей скоростью, чем биполярные аналогичного размера. Подходят для случаев, когда требуется высокая скорость вращения;
  • униполярные представляют собой несколько видов биполярных двигателей в зависимости от подключения обмоток.

Примеры расчетов шаговых двигателей для ЧПУ

Определяем силы, действующие в системе

Необходимо определить силу трения в направляющих, которая зависит от используемых материалов. Для примера коэффициент трения составляет 0.2, вес детали – 300 кгс, вес стола – 100 кгс, необходимое ускорение – 2 м/с 2 , сила резания – 3 000 Н.

  1. Чтобы рассчитать силу трения нужно умножить коэффициент трения на вес движущейся системы. Для примера: 0.2 x 9.81 (100 кгс+300 кгс). Получается 785 Н.
  2. Чтобы рассчитать силу инерции надо умножить массу стола с деталью на требуемое ускорение. Для примера: 400 x 2 = 800 Н.
  3. Чтобы рассчитать полную силу сопротивления надо сложить силы трения, инерции и резания. Для примера: 785 + 800 + 3 000. Получается 4 585 Н.

Рассчитываем мощность

Формулы, приведенные ниже, представлены без учета инерции вала самого шагового двигателя и других вращающихся механизмов. Поэтому для большей точности рекомендуется увеличить или убавить требования по ускорению на 10%.

Для расчета мощности шагового двигателя следует воспользоваться формулой F=ma, где:

  • F – сила в ньютонах, необходимая для того, чтобы привести тело в движение;
  • m – масса тела в кг;
  • а – необходимое ускорение m/c 2 .

Для определения механической мощности необходимо умножить силу сопротивления движения на скорость.

Рассчитываем редукцию оборотов

Определяется на основании номинальных оборотов сервопривода и максимальной скорости перемещения стола. Например, скорость перемещения составляет 1 000 мм/мин, шаг винта шариковой винтовой передачи – 10 мм. Тогда скорость вращения винта ШВП должна быть (1 000 / 10) 100 оборотов в минуту.

Читать еще:  Самодельный вальцовочный «агрегат» для ремонта трубок в автомобилях

Для расчета коэффициента редукции учесть номинальные обороты сервопривода. Например, они равны 5 000 об/мин. Тогда редукция будет равна (5 000 / 100) 50.

Классификация шаговых двигателей для ЧПУ

Советские модели

В станках часто применяют шаговые двигатели индукторного типа, изготовленные в СССР. Речь о моделях ДШИ-200-2 и ДШИ-200-3. Они обладают следующими характеристиками:

Шаговой двигатель для ЧПУ: как определиться с выбором?

Шаговый двигатель понадобится любому человеку, который собрался самостоятельно собрать станок с ЧПУ. Главное – заранее определиться со сферой применения устройства. Наибольших усилий и показателей требует обработка цветных металлов, что отдельно учитывается при выборе шагового двигателя для ЧПУ.

Шаговый двигатель понадобится любому человеку, который собрался самостоятельно собрать станок с ЧПУ. Главное – заранее определиться со сферой применения устройства. Наибольших усилий и показателей требует обработка цветных металлов, что отдельно учитывается при выборе шагового двигателя 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.

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.

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.

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

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

Можно изучить готовые модели станков, предлагаемые текущим рынком. Благодаря подобному подходу выбор значительно упрощается. Главное – чтобы характеристики и размеры подходили к создаваемому проекту.

Об усилиях резания

Часто владельцы думают, что на фрезу агрегата надо сильно давить, иначе она будет неправильно работать. Это заблуждение, которое не соответствует истине. Важнее всего то, как правильно пользователь задаёт параметры рабочего процесса.

Не обязательно пользоваться сложными специальными формулами, чтобы понять, как правильно действовать. Это можно проверить и прямо голыми руками.

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.

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.

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:

  1. Такой же, что потребляет двигатель.
  2. Выше, чем упомянутое ранее значение.

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:

  1. С биполярными аппаратами.
  2. С униполярными моделями.

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.

Что ещё учесть?

Центр-краном называют обычный провод. Ещё для него используют обозначения «центральный», «средний». 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.

Заключение

Подобрать подходящую модель двигателя для станка будет проще, если заранее изучить основные характеристики, а так же предложения на соответствующем рынке. Главное – обращаться к поставщикам, которые заслуживают доверия. Малейший брак и ошибка приведут к выходу из строя весьма дорогостоящих деталей.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector