Pikap24.ru

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

Шаговый двигатель как сервомашинка

Какие электродвигатели лучше: серво или шаговые?

Одним из наиболее важных решений, которые принимают инженеры при разработке любого типа процесса управления движением, является выбор двигателя (в нашем случае электродвигателя). Правильный выбор двигателя, как по типу, так и по размеру, является обязательным условием эффективности работы конечной машины. Кроме того, «уложиться в бюджет» так же является не самой последней задачей.

Один из первых вопросов, на который нужно ответить при принятии решения: какой тип электродвигателя будет лучшим? Требуется ли для применения высокопроизводительный серводвигатель? Будет ли недорогой шаговый двигатель лучше? Или, может быть, стоит рассмотреть третий, средний вариант?

Ответы начинаются с потребностей конкретного приложения. Перед определением типа электрической машины, которая идеально подходит для любого конкретного применения, необходимо учесть множество факторов.

Тезисы:

• Правильное управление током двигателя (с пом. управления ориентацией поля) в шаговых приводах с обратной связью могут устранить проблемы среднечастотного резонанса, увеличить момент и снизить шум от двигателя

• Качественные шаговые гибридные сервоприводы не уступают сервоприводам на базе вентильных электродвигателей на низких скоростях вращения.

Шаговые двигатели


Шаговые двигатели
— прекрасно известный способ превратить электрическую энергию в точные -механические перемещения. Каждый импульс, посылаемый на драйвер двигателя, двигает ротор в точном соответствии с заданными на драйвере настройками. Например, 100 посланных импульсов на полношаговый привод с двигателем с шагом 1.8° будут преобразованы в поворот ровно на 180°. Одной из сильных сторон шаговых двигателей является то, что они способны работать без обратной связи, без коррекции положения с помощью энкодеров или иных датчиков, т.к. вал по самой архитектуре шагового двигателя совершает перемещения строго в соответствии с поданными импульсами. Однако, это прекрасно работает лишь в том случае, если шаговые двигатели никогда не перегружаются и не впадают в резонанс. В реальности же в очень редких случаях когда отсутствуют эти два фактора. Для того, чтобы быть уверенным, что шаговый мотор не будет пропускать шаги, большинство разработчиков поступают просто — закладывают большой запас при выборе мощности двигателя. Это означает, что на станок будет установлена значительно более тяжелая и дорогая модель, чем это действительно требуется. Резонанс же часто проявляется на тех же самых, рабочих частотах вращения, которые являются основными в конкретном приложении, и поэтому избежать его становится еще сложней.

Как одно из средств избежать последствий кратковременных перегрузок шагового двигателя и пропуска шагов — это установить энкодер на двигатель мотора, точь-в-точь как ставится аналогичный датчик на вал вентильного серводвигателя. Энкодер представляет информацию о положении ротора контроллеру, который сравнивает её с заданной координатой, и использует полученное рассогласование для выполнения шагов таким образом, чтобы скомпенсировать разницу. К сожалению, данный способ не помогает устранить последствия резонанса. Однако, возможность такая все же есть, и заключается она в комбинации коррекции по положению(т.е. компенсации числа импульсов STEP) и одновременного управления ориентацией поля статора шагового двигателя, по принципу аналогичному векторному управлению трехфазными электродвигателями. Поскольку энкодер дает сведения о положении вала, существует возможность ориентировать магнитное поле статора шагового мотора таким образом, чтобы получить максимально эффективное потокозацепление. Причем такая схема не потребует преобразований Кларка, каковые обычно используются для проекции трехфазной системы токов в двухфазную, т.к. шаговые биполярные моторы изначально имеют только 2 обмотки. При таком способе управления ток меняется в обмотках синусоидально — вне зависимости от того, используется полный шаг или микрошаг. Еще одним преимуществом управления ориентацией поля является то, что такой шаговый привод будет нечувствителен к резким изменениям нагрузки — векторное управление позволяет отрегулировать момент привода «на лету» — функция, обычно доступная только при использовании сервоприводов типа PMSM.

Теперь о сервоприводах.

Читатели, возможно, в курсе, что уже достаточно долгое время существуют шаговые сервоприводы, которые используют обратную связь по позиции. Такие приводы просто считают количество шагов и добавляют(или вычитают) шаги для компенсации ошибки, и не способны корректировать угол поворота вала внутри одного шага, «на лету».

В противоположность, синусоидальная коммутация в паре с управлением ориентацией поля действительно способна компенсировать ошибки позиционирования вала внутри одного шага, возникающие из-за неидеальной геометрии деталей шаговых двигателей или нагрузки. Векторное управление магнитным полем гарантирует, что поле статора всегда перпендикулярно полю ротора, и насыщенность поля точно соответствует требуемому моменту. Это увеличивает, эффективность и динамику, и снижает флуктуации крутящего момента. Такой вид управления позволяет шаговым двигателям конкурировать с вентильными сервоприводами на скоростях до 2000 об/мин. На более высоких серводвигатели все же будут эффективней. Оптимальным диапазоном является скорость вращения до 1000 об/мин — в нем шаговые двигатели развивают больший крутящий момент, чем вентильные серводвигатели того же размера.

Приложения, в которых шаговые сервоприводы c синусоидальными токами обмоток могут заменить серводвигатели, включают в себя:

  • намоточное оборудование,
  • транспортные ленты конвейеров,
  • управление заслонками насосов

а также многие другие — все те, в каких нагрузка может изменяться скачкообразно. Кроме того, при использовании таких приводов во многих случаях можно обойтись без редуктора, что делает их привлекательными в случаях, когда критичны габариты механизма. И наконец, следует отметить, что сервоприводы с векторным управлением потребляют ровно столько тока, сколько требуется — меньше нагрев, выше КПД привода. Все этим преимущества становятся очевидными, если рассмотреть привод механизма с ременной передачей, которые обычно работают от асинхронного электродвигателя. Хорошим решением будет заменить асинхронный мотор на подходящий по мощности шаговый сервопривод — как правило, таковой будет примерно втрое меньше по габаритам и весу.

Перейдем к практике

Теория всегда запутана и непонятна, чтобы разобраться, что и как, нужно брать и делать. Поэтому перейдем к практической стороне вопроса.

Итак, из рассмотренного ранее набора у меня есть:

  • Arduino UNO;
  • Модуль ULN2003;
  • Шаговый двигатель 28BYJ-48 5V DC;
  • Куча перемычек, бредборд и источник питания для него.

Модуль ULN2003 – предназначен для управления униполярным шаговым двигателем. Схематически это транзисторная сборка Дарлингтона с 7-ю каналами и, в принципе, ею можно управлять чем угодно. Технические характеристики приведены ниже:

  • Номинальный ток коллектора одного ключа — 0,5А;
  • Максимальное напряжение на выходе до 50 В;
  • Защитные диоды на выходах;
  • Вход адаптирован к разным видам логики;
  • Возможность применения для управления реле.

В модуле, кроме самой микросхемы ULN2003, есть светодиоды для индикации напряжения на выходе, колодка для подключения и перемычка для отключения питания.

Схема модуля на ULN2003, в левом верхнем углу принципиальная схема одного канала (таких в ней 7)

Двигатель 28BYJ-48 5V DC подключается штатным разъёмом к белой колодке на плате. У него 5 проводов — красный общий, и 4 от обмоток.

Схема фаз двигателя 28BYJ-48 5V DC

Читать еще:  Асинхронный двигатель увеличиваем обороты

Основные характеристики:

  • 32 шага за один оборот ротора;
  • Встроенный редуктор с передаточным отношением 63.68395:1, благодаря этому вал делает 1 оборот за 2048 шагов, при полношаговом режиме и 4096 при полушаговом;
  • Cкорость вращения: номинальная 15 об/мин, максимальная 25 об/мин;
  • Напряжение питания 5 В;
  • Ток одной обмотки 160 мА;
  • Полный ток: в 4-шаговом режиме 320 мА, при быстром вращении 200 мА.
  • Коэффициент редукции: 1/63,68395
  • Угол шага ротора (без учета редуктора): при 4-ступенчатой последовательности сигналов управления 11,25 ° (32 шага на оборот); при 8-ступенчатой — 5,625 ° (64 шага на оборот)
  • Крутящий момент не менее: 34,3 мНм (120 Гц);
  • Тормозящий момент: 600–1200 гсм;
  • Тяга: 300 гсм;
  • Вес:33 г.

Итак, рассмотрим простейшие примеры управления двигателем без использования библиотек. Как нам известно на обмотки нужно подавать импульсы определенной последовательности.

Значит, попробуем выдать такие сигналы с ардуино. Для этого я подключаю модуль ULN2003 по такой схеме (пин ардуино – контакт модуля)

  • 13 – IN1;
  • 12 – IN2;
  • 11 – IN3;
  • 10 – IN4.

Схема в сборе

Дальше напишем в Arudino IDE код, который будет подавать на выходы сигналы в соответствии с таблицей выше.

// назначим переменные с номерами портов

const int dl = 2; // переменная для задержки

Построить Arduino Motor / Stepper / Servo Shield — Часть 1. Сервоприводы

Этот пост начинает небольшую (или более крупную?) Серию учебных пособий с использованием Arduino Motor / Stepper / Servo Shield с платой FRDM-KL25Z . Этот экран двигателя, вероятно, является одним из самых универсальных на рынке и имеет 2 разъема сервопривода и 4 разъема для двигателя постоянного или шагового двигателя. Это делает его отличным щитом для любого робототехнического проекта.

Шаговый сервомотор Arduino с FRDM-KL25Z

Серия начинается с урока о том, как управлять двумя серводвигателями. И если это не то, что вы ожидаете сделать с этим щитом, тогда вы можете проголосовать и сказать мне, что вы хотите увидеть вместо этого на этом моторном щите .

OEM или оригинал?

Оригинальный Arduino Motor / Stepper / Servo Shield можно приобрести в Adaftruit Industries по цене менее 20 долларов. Я использую OEM версию, смотрите эту ссылку . Функциональность та же, за исключением того, что OEM-версия работает только с двигателями до 16 В постоянного тока, в то время как оригинальный экран предназначен для двигателей до 25 В постоянного тока.

Детали сервопривода двигателя шагового двигателя

На плате установлены две микросхемы H-Bridge для двигателей STMicroelectronics L293D , которые могут приводить в действие до 4 двигателей постоянного тока (или до 2 шаговых двигателей) с током 0,6 А на мост (пик 1,2 А). 74HCT595N (на моей плате установлен SN74HC595 от Texas Instrument) — это сдвиговый регистр, используемый для H-мостов, чтобы уменьшить количество необходимых выводов (подробнее об этом в следующем посте). Клеммная колодка с перемычкой обеспечивает питание постоянного / шагового двигателя. 5 В постоянного тока для сервоприводов берется с платы FRDM.

FRDM-KL25Z может выдавать только несколько сотен мА на 5V Arduino. Это работает для небольших сервоприводов, но я рекомендую отключить питание 5 В для сервоприводов и использовать выделенные 5 В (или 6 В) для сервоприводов.

Контур

В этом руководстве я создаю проект с CodeWarrior для MCU10.4 для платы FRDM-KL25Z, а затем добавляю поддержку двух серводвигателей.

Компоненты Процессор Эксперт

В этом руководстве используются добавленные компоненты Processor Expert, которые не являются частью дистрибутива CodeWarrior. Используются следующие другие компоненты:

  1. Ожидание : позволяет ждать в течение заданного времени
  2. Серво : драйвер высокого уровня для двигателей хобби сервп

Убедитесь, что вы загрузили последние и самые лучшие компоненты из GitHub . Инструкции по загрузке и установке дополнительных компонентов можно найти здесь .

Создание проекта CodeWarrior

Чтобы создать новый проект в CodeWarrior:

  1. Файл> Создать> Проект Bareboard, дать имя проекту
  2. Укажите устройство, которое будет использоваться: MKL25Z128
  3. OpenSDA как соединение
  4. Поддержка ввода / вывода может быть установлена ​​на «Нет ввода / вывода»
  5. Processor Expert как опция быстрой разработки приложений

Это создает отправную точку для моего проекта:

Создан новый серво-проект

Серводвигатель

Серводвигатели используются в RC (радиоуправлении) или (хобби) робототехнике.

Типичный серводвигатель (Hitec HS-303)

Мотор имеет 3 разъема:

  1. GND (черный)
  2. Мощность (красная), обычно 5 В, но может быть 6 В или даже выше
  3. ШИМ (белый или желтый), сигнал для информации о положении

Сигнал ШИМ обычно имеет частоту 50 Гц (20 мс), с длительностью (высокая длительность) от 1 мс до 2 мс.

На снимке экрана ниже показан такой сигнал 50 Гц с рабочим циклом 1,5 мс (среднее положение сервопривода):

Многие сервоприводы работают менее 1 мс и более 2 мс. Например, у многих сервоприводов Hitec диапазон составляет 0,9… 2,1 мс. Проверьте лист данных ваших сервоприводов для деталей. Если у вас нет таблицы данных, вы можете просто поэкспериментировать с другими значениями.

С режимом ШИМ от 1 мс до 2 мс в течение периода 20 мс это означает, что используется только 10% от всего режима ШИМ. Это означает, что если у вас разрешение ШИМ всего 8 бит, то можно использовать только 10% из 256 шагов. Таким образом, 8-битный сигнал ШИМ не дает мне точной настройки сервопривода.

Продолжительность рабочего цикла (1,2 мс) переводится в положение двигателя. Обычно сервопривод имеет встроенный регулятор с замкнутым контуром с микроконтроллером и потенциометром.

Я обнаружил, что не важно иметь * точную частоту ШИМ * 50 Гц. Вам необходимо поэкспериментировать с вашим сервоприводом, если он работает также с более низкой или более высокой частотой или с нефиксированной частотой (например, если вы используете программный ШИМ). Многие сервоприводы строят среднее значение рабочего цикла, поэтому вам может потребоваться отправить несколько импульсов, пока сервопривод не отреагирует на изменение значения.

Компонент Эксперт Серво процессора

Здесь я использую свой собственный компонент ‘Servo’, который предлагает следующие возможности:

  • Конфигурация ШИМ (режим работы и период)
  • Мин. / Макс. И значения инициализации
  • Методы изменения рабочего цикла
  • Дополнительная поддержка оболочки командной строки: вы можете вводить команды и управлять сервоприводом. Это полезно для тестирования или калибровки.
  • Дополнительное «синхронизированное» перемещение, так что вы можете перемещать сервопривод быстрее или медленнее в новую позицию, управляемую прерыванием

Конечно, можно использовать сервоприводы без каких-либо специальных компонентов.

В представлении «Компоненты» я добавляю компонент «Серво». Чтобы добавить его в свой проект, я могу дважды щелкнуть по нему или использовать значок «+» в этом представлении:

Сервокомпонент в представлении библиотеки компонентов

В случае, если представления Processor Expert не отображаются, используйте меню Processor Expert> Show Views

Это добавит новый компонент ‘Servo’ в проект:

Серво компонент добавлен

Но он показывает ошибки, так как сначала необходимо настроить параметры ШИМ и выводов.

Конфигурация ШИМ

На Arduino Мотор / шаговых / серво щит два заголовка серводвигатель соединены PWM1B и PWM1A (см схематичное ):

Читать еще:  Что такое ctdi двигатели

Re: Mechaduino — closed loop stepper controller

dmaslov » 29 июл 2016, 04:44

Re: Mechaduino — closed loop stepper controller

MEG » 29 июл 2016, 16:18

Re: Mechaduino — closed loop stepper controller

dmaslov » 29 июл 2016, 18:49

Нет, планируется все менять я картинки нарисовал чисто для демонстрации идеи как можно BLDC использовать на месте NEMA 17 мотора. Немного ввел этим в заблуждение. Для нашего конкретно принтера нужен компактный дизайн, наподобие размеров стандартного серво привода или чуть больше. Общий вес принтера будет в районе 2 кг. Мы уже делаем прототип, пока что на щеточных моторах размера 130 и с оптической обратной связлью, у нас даже есть электроника на основе MEGA 2560 с отдельными 328P контроллерами для PID управления моторами, один 328P на два мотора. На данный момент ничего это не работает, только движемся к запусуку, но уже видно, что иметь интегрированные с электроникой моторы было бы очень удобно, такой мотор может иметь самостоятельную жизнь, как проект Mechaduino, и использоваться в разных устройствах. Вот что-то подобное уже сделано для щеточного двигателя в конструктиве серво:
http://letsmakerobots.com/node/18615

Для щеточного, конечно, проще, но мы хотим начать разработку на BLDC с той точки зрения, что прогресс движется в этом направлении.

Re: Mechaduino — closed loop stepper controller

MEG » 29 июл 2016, 19:35

Re: Mechaduino — closed loop stepper controller

dmaslov » 29 июл 2016, 23:00

Re: Mechaduino — closed loop stepper controller

ilalexey » 29 июл 2016, 23:22

Re: Mechaduino — closed loop stepper controller

Myp » 29 июл 2016, 23:37

Re: Mechaduino — closed loop stepper controller

ilalexey » 29 июл 2016, 23:52

Скорее всего. Всё работает чётко. Недожим болтов на лицо.

Добавлено спустя 6 минут 4 секунды:
..в любом случае верхние задумки нужно перезадумывать. Движки ещё как-то крепить нужно(на что мясо отсутствует)

Добавлено спустя 6 минут 35 секунд:

Re: Mechaduino — closed loop stepper controller

MEG » 30 июл 2016, 00:12

из данного манифеста видно что никто не считал что и зачем, всё занятие просто ради занятия. Куда кто шагнёт, зачем? Считали ли затраты, выхлоп и прочее? ответ судя по всему «нет», занимаетесь чистым искусством. Предвижу, что когда дойдёт до дела и денег, из системы придётся выкинуть все красивые но не нужные вещи, вставить добротные шаговики и так далее.
Если вы, как пишете, из штатов, то я удивлён что вы не ознакомились с результатами исследований широко известных за океаном.

Например с тем, что BLDC не ставят в принтеры вовсе не потому что не могут (могут и умеют и ставят и в принтеры и в станки), а потому, что до мощности в 100ватт шаговик по совокупности параметров (включая цену) уделывает BLDC в минуса судя по многолетней практике. Да, любители и могут и строят на них и микроприводы. Нет, серийное производство экономически будет провальным. Грубо говоря, ваш чудесный принтер скопируют, выкинут из него бесколлекторники дорогие, вместе с контроллерами, и начнут продавать в два раза дешевле вас с теми же параметрами по точности и скорости.
И да, цель кроме как «быстрее всех» не обозначена. Отсюда вижу что никто серьёзно и не понимает зачем выкидывать шаговик, что это даст и чем чревато. Или ошибаюсь и вы всё просчитывали?

Re: Mechaduino — closed loop stepper controller

Myp » 30 июл 2016, 01:30

Re: Mechaduino — closed loop stepper controller

Master987 » 30 июл 2016, 01:39

У шагового двигателя есть два больших минуса.
Чем выше скорость тем меньше крутящий момент как следствие пропуск шагов из за этого появляется ограничение в скорости печати и требуется как можно больше снизить подвижную массу.
В общем шаговый двигатель лучший выбор когда нужны не большие скорости а 3д печать движется в направлении увеличения как раз этой самой скорости и точности а значит от шаговых моторов рано или поздно придется отказаться.
Энкодер который собственно начал эту тему по цене 46 баксов ну как по мне слишком дорого вот если за эту цену былбы полноценный сервопривод тогда да не задумываясь купил а для этой платы крайняя цена 20-25 баксов дальше жаба не позволит
Итог кто первый выкинет на рынок за вменяемые деньги хороший мотор тот и сорвет куш

Добавлено спустя 7 минут 22 секунды:

Re: Mechaduino — closed loop stepper controller

MEG » 30 июл 2016, 02:42

я вроде описал, что в качестве поделок, самоделок и прочего апгрейда делают всё что угодно. Но, практика показывает что промышленное производство и рынок слегка правят полёт фантазии. именно поэтому я просил описать зачем это делается, но выше видно, что делается это «низачем», просто потому что BLDC это вау. Напомню, указанные тобой «дураки» покупают это не просто ради «вау», а с вполне конкретной целью. Которая оправдывает средства. Продолжать?

Добавлено спустя 18 минут 54 секунды:

это неправда. Двигателя формата NEMA17 по мощности на валу примерно в два-три раза превышают необходимый минимум при правильном проектировании. Для скоростей которые обычно используются самодельных в 3d принтерах (реальных а не тех которые в софте задаются) вполне хватило бы и NEMA14, именно поэтому мне было странно услышать что они берут, клепают BLDC, вымучивают контроллер и всё ради того чтоб поместить это всё в формат NEMA17. Слегка непонятно зачем был огород.

И да, шаговик нормальный NEMA17 вполне справится со скоростями до 400мм/с, на ремне. А точнее, он бы справился, да хотэнд не позволит. Поэтому я и спросил какая цель ставится, надеясь услышать что там ноу-хау в плавлении пластика имеется. Ан нет, вся затея строго чтоб выкинуть шаговики.

Ещё раз, кризис шаговиков наступит на скоростях больше 400мм/с. Такой скорости не наблюдается даже в смелых мечтах ни у кого.

я вроде именно об этом выше написал. что год будут строить этот прорыв и шаг в будущее. построят полтора прототипа. После чего выяснится, что вместо 200 баксов на движки, ровно такого качества и скорости можно добиться на шаговиках стоимостью 50 баксов, запитав их через драйвер стоимостью 1 бакс.

Re: Mechaduino — closed loop stepper controller

dmaslov » 30 июл 2016, 02:46

Наша контора проектирует и продает запчасти другим производителям и мы с этого живем не первый год, к слову о подсчетах. Вы рассуждаете, бесспорно, здраво. Шаговые двигатели доминируют «и есть почему». Мы их, кстати, продаем, китайские по 9 долларов. Высунуться из толпы на этом не удастся, рынок меняется. Нужны новые продукты чтоб продолжать держаться на плаву. По крайней мере в америке не выплыть без новаторства, рынок уже переполнен. Никакой новый 3д принтер типичной конструкции не будет иметь сколько нибуль заметный успех если только он не стоит 100 долларов. У нас есть давний опыт с китайскими производителями электроники и CNC деталей, мы можем добиться минимальных затрат на продукт, в 100 долларов за принтер не уложимся, но в сотни три с половиной должны. Вот прототип, пока мы его делаем с моторами Johnson 130 и оптическими дисками обратной связи. Мы ищем толковых разработчиков чтоб попробвать сделать BLDC привод если не для этого конкретно принтера, то как отдельный проект наодобие mechaduino. BLDC серво со встроеным программируемым контроллером уже выпускается для индустриальных приложений http://www.animatics.com/products/animatics/nema-23-2300-series/sm23165d.html мы с такими моторами делали проект — исключительно просто и быстро было добиться результата. Надо только сделать дешевле в 15 раз Этот стоит тысячу баксов.

Читать еще:  Двигатель без массы работает

Re: Mechaduino — closed loop stepper controller

MEG » 30 июл 2016, 03:17

я правильно услышал, вы собираетесь уложиться с тремя-четырьмя сервоприводами, каким-то хотэндом, китайской электроникой в 350 долларов за собранный принтер? это себестоимость или отпускная цена?

я правильно нагуглил что это движок на 12 вольт и 30ма?

сами как думаете, сможете в 15 раз резко обесценить устройство не имея опыта в проектировании подобных?

так-то идея хорошая. Но зашли не с того конца. Опять, я вижу вы сами не задавались вопросом, зачем вам туда серва, цели какие кроме красивого рекламного буклета? Поверьте, если принтер при этом ничем по параметрам не будет отличаться от такого-же но на шаговиках (а он не будет отличаться, затык текущей технологии вовсе не в шаговиках), никто финансово не оценит порыва.

Добавлено спустя 4 минуты 29 секунд:

Re: Mechaduino — closed loop stepper controller

Master987 » 30 июл 2016, 03:24

Сервопривод и шаговый двигатель: что это и в чем разница?

Шаговый двигатель представляет собой бесколлекторное устройство электромеханического типа, имеющее несколько обмоток. Короткие электроимпульсы, подаваемые драйвером, последовательно активируют каждую из обмоток и приводят в движение ротор, вызывая угловые дискретные (или шаговые, что и является источником названия двигателей) перемещения. Для всех шаговых двигателей свойственно осуществление позиционирования на плоскости без обратной связи, ввиду отсутствия энкодера.

Устройство шагового двигателя

Серводвигатель является комплексным устройством, состоящим из как такового привода (щеточный или бесщеточный электромотор), управляющего блока и энкодера для связи с контроллером. Датчик обратной связи при помощи сигналов информирует станок о скорости, угловом положении и прочих параметрах движения.

Высокоскоростной синхронный серводвигатель с принудительным воздушным охлаждением

Шаговый двигатель: достоинства и недостатки

Шаговый двигатель используется на многих граверах, фрезерах, лазерах и прочих станках с программным управлением, которые применяются в металло- и деревообработке, рекламной деятельности, производстве электронных игрушек, товаров декоративно-прикладного назначения и во многих других отраслях. Популярность такого типа электромоторов обусловлена несколькими факторами, в числе которых:

  • длительный эксплуатационный период по причине отсутствия хрупких деталей. Вывести двигатель из строя может только повреждение одной из обмоток или истирание подшипников, что происходит только после очень продолжительного и интенсивного использования;
  • стабильная и высокоточная работа в определенном диапазоне скоростей и нагрузок;
  • низкая стоимость;
  • на невысоких скоростях точность позиционирования инструмента может доходить до ± 0,01 мм при условии использования качественных направляющих;
  • может управляться любыми программными оболочками ЧПУ станков;
  • способность работать в большом температурном диапазоне;
  • невосприимчивость к механическим нагрузкам, принудительным остановкам и реверсированию.

Однако есть у шаговых двигателей и некоторые недостатки, которые ограничивают сферу их применения или доставляют неудобства:

  • высокая шумность;
  • возникновение вибраций, резонансности и биений на больших скоростях;
  • максимальная скорость разгона за минуту составляет 120 оборотов;
  • низкая предельная скорость перемещения. Для фрезеров — 9 м/мин, для лазерно-гравировальных аппаратов — до 25 м/мин;
  • повышение скорости сверх установленных лимитов приводит к появлению вибраций и пропуску шагов;
  • отсутствие обратной связи провоцирует брак в случае внезапной остановки, попадания посторонних предметов в зону обработки, пропуска шага и т. д.

Сервопривод: плюсы и минусы

Сервопривод встречается на оборудовании с ЧПУ не менее часто, чем шаговый двигатель, но, в силу специфики работы используется на станках, от которых ожидается максимально высокая скорость обработки или повышенная производительность. Речь идет о фрезерах и лазерах, применяемых для выпуска серийной продукции в особо крупных объемах или аппаратах, работающих в сфере протезирования, макетирования, ювелирной области, робототехнике и прочих производствах, где прецизионная точность ставится во главу угла. Из достоинств серводвигателей можно выделить такие, как:

  • соблюдение плавности хода и точности перемещения на любых скоростях, оборотах и нагрузках;
  • практически абсолютная бесшумность при работе;
  • высокая мощность при малых габаритах;
  • широкой скоростной и мощностной диапазон;
  • разгон до 500 оборотов в минуту и торможение происходят за 0,1 секунды;
  • скорость перемещения инструментальной головки может доходить до 60-70 м/мин;
  • использование серводвигателей контурного управления позволяет добиться очень высокой динамической точности (около 0,002 мм). Позиционные устройства проходят заданную траекторию чуть с большей погрешностью, тем не менее, точность по-прежнему превосходит этот же параметр у шагового двигателя;
  • отсутствие вибраций, рывков, резонансов;
  • датчик обратной связи в режиме реального времени отслеживает все аспекты движения на любых траекториях, своевременно передавая их системе управления станком. В случае любых отклонений от программы происходит коррекция и возврат к правильному маршруту, что позволяет минимизировать появление брака.

Как и его «коллега», шаговый двигатель, сервопривод тоже не лишен недостатков

  • ремонт устройства может оказаться настолько дорогостоящим, что может сравниться по цене с новым двигателем;
  • бесколлекторные приводы по цене дороже шаговых примерно в 1,5-2 раза. Модели со щетками более бюджетны, однако щетки в них необходимо менять каждые 5 тыс. отработанных часов;
  • в некоторых случаях принудительная остановка двигателя приводит к его перегреву и может вывести привод из строя.

Вывод

Шаговый двигатель и сервопривод никак нельзя назвать конкурирующими устройствами и приобретение дорогостоящего сервомотора не всегда целесообразно. Применение каждого из них обусловлено рядом сопутствующих факторов, среди которых приоритетные места занимают скорость и точность обработки.

Представляем профессиональный фрезерный станок для обработки камня 1325 Stone. Запуск станка, процесс работы и пример готового изделия на видео.

В гостях у нашего постоянного клиента компании «Пластфактория», которые занимаются изготовлением POS-материалов и сотрудничают с крупными косметическими брендами.

Видеоотчет с посещения производства наших клиентов — компания «АЛЬТАИР». О работе на производстве, изготавливаемых изделиях и станках от компании Wattsan.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector