Редуктор для шагового двигателя своими руками

Редуктор для шагового двигателя своими руками

Расчет и настройка ремённой и винтовой придачи ЧПУ станка. Калибровка.

Продолжаем разбираться с ЧПУ станком. Настройку прошивки GRBL рассмотрели тут: Прошивка grbl 1.1, настройка — инструкция на русском. Но где же взять параметры для настройки ЧПУ станка? Сегодня в статье рассмотрим, как можно рассчитать винтовую и ременную передачу ЧПУ станка. Но расчет не всегда дает 100% результат. Для проверки и корректировки неточности используется калибровка ЧПУ станка. Как это сделать на практике я уже рассказывал в проекте:ЧПУ плоттер на Arduino своими руками.

При расчете нужно учитывать один немало важный параметр, который мы еще не рассматривали подробно – это Микрошаг.

Для начала, устанавливаем CNC shield v3 на Arduino UNO. Перед установкой драйверов необходимо установить перемычки деления шага.

Что такое микрошаг и как настраивать микрошаг шагового двигателя.

Основной параметр шаговых двигателей (ШД) это количество шагов на 1 оборот. Самое распространённое значение для ШД – 200 шагов на оборот (или 1,8 градуса на шаг). Мы будем использовать это разрешение во всех сегодняшних примерах. Более точную информацию можно узнать в описании к вашему шаговому двигателю. Зачастую 200 шагов на оборот, могут быть недостаточными для достижения необходимой точности. С целью повышения точности можно изменить передаточное число механически (использовать редуктор), а можно включить микрошаг – режим деления шага шагового двигателя, это увеличит число шагов на оборот, с коэффициентом 2n (n — целое число). Драйвер A4988 поддерживает деление шага: 1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16. Подробнее о драйвере A4988 читайте тут: Драйвер шагового двигателя A4988. Драйвер DRV8825 поддерживает деление шага: 1; 1/2; 1/4; 1/8; 1/16; 1/32. Подробнее о драйвере DRV8825 читайте тут: Драйвер шагового двигателя DRV8825.

Драйвер A4988 допускает использование режима микрошага.Давайте рассмотрим пример. Если мы выставим микрошаг 16, что является в 16 раз больше полного шага и в нашем примере даст 3200 (200х16) шагов на оборот. На первый взгляд это отличный результат и почему бы не использовать максимальное деление шага во всех станках. Но тут есть и минус – это падение крутящего момента при увеличении деления шага. Подробнее Микрошаг рассмотрим в следующей статье.

Расчёт винтовой передачи ЧПУ станка.

Винтовая передача ЧПУ, либо ее более продвинутый вариант шарико-винтовая передача (ШВП), являются наиболее часто используемым вариантом перевода вращательного движения вала шагового двигателя в линейное перемещение исполнительного механизма.

шарико-винтовая передача (ШВП)

Для расчёта разрешения нам необходимо знать ШАГ винта, либо шаг винта ШВП. В описании трапецеидальных винтов обычно пишут Tr8x8,Tr10x2, первая цифра говорит нам о диаметре винта, вторая как раз о его шаге в мм. Винты ШВП обычно обозначаются 1204, 1605 и т.п. Первые 2 цифры – это диаметр винта, вторые две – это шаг в мм. В 3d-принтерах обычно используют винт Tr8x8, диаметром 8 мм и с шагом 8 мм. Обзор моего 3d-принтера можно посмотреть тут:Обзор 3D принтера Anet A8. Сборка. Наладка.

Обзор моего 3d-принтера можно посмотреть тут:Обзор 3D принтера Anet A8. Сборка.

Формула расчета винтовой передачи ЧПУ получается следующей, в числителе – количество шагов на оборот, в знаменателе – перемещение за оборот.

Тп = Sшд*Fшд/Pр

  • Тп — точность перемещения, шаг/мм
  • Sшд — количество шагов на оборот для двигателя (в наших примерах 200)
  • Fшд — микрошаг (1, 2, 4, 8 и т. д.)
  • — шаг винта (например, 8 мм)

Рассчитаем пример со следующими параметрами, двигатель 200 шагов на оборот, с 4-кратным микрошагом, с трапецеидальным винтом Tr8x8 даст нам 100 шагов на мм.

Другими словами, для того чтобы ЧПУ станок переместился на 1 мм, нам нужно сделать 100 шагов двигателя. Что является неплохой точностью.

Расчетные значения нужно указать в прошивке GRBL:

Расчет ременной передачи ЧПУ станка.

Во многих ЧПУ станках используются ремни и шкивы. Ремни и шкивы бывают разных форм и размеров, но одним из распространённых стандартов является GT2.

Ремни и шкивы

Следующие уравнение применимо для цепных и ременных передач, если вы введете правильный шаг. Обратите внимание, что эти уравнения не учитывают люфт.

Вот простое уравнение, которое вы можете использовать для расчета шагов на мм для линейного движения с ремнями и шкивами.

Тлп = Sшд*Fшд/Pр*Nшк

  • Тлп — точность линейного перемещения, шаг/мм
  • Sшд — количество шагов на оборот для двигателя (в наших примерах 200)
  • Fшд — микрошаг (1, 2, 4, 8 и т. д.)
  • — шаг ремня (например, 2 мм)
  • Nшк — количество зубьев на шкиве, на валу двигателя.

Попробуем посчитать для примера с такими параметрами, двигатель 200 шагов на оборот, с 2-кратным микрошагом, 2-миллиметровыми ремнями GT2 и шкивом с 20 зубцами даст нам 10 шагов на мм.

200*2/2*20=10 шагов/мм.

Данный пример подойдет для расчета перемещения 3d-принтера. ЧПУ станков на ремнях: лазерный гравировальный, плоттер и пр.

Расчетные значения нужно указать в прошивке GRBL:

Калибровка ЧПУ станка.

После настройки станка необходимо проверить точность перемещения станка по осям. Для этого нужно отправить команду на перемещение по оси, на относительно большое расстояние. Я чаще всего использую 100 мм. После чего произвести замер перемещения. Если значения не отличаются – это означает, что все работает верно. Но если расстояние перемещения больше или меньше, то нужно внести корректировку – провести калибровку ЧПУ станка. Для этого будем использовать формулу:

Тк = Тп * Kп / Kф

  • Тк – калибровочное значение, шаг/мм.
  • Тп — точность перемещения, шаг/мм (из примера 100 шаг/мм)
  • Kп — заданное значение для перемещения (в моем случае 100 мм.)
  • — фактически, на какое расстояние переместилась ось (допустим на 99 мм.)

Для примера проведем расчёт винтовой придачи, которую рассчитывали выше и выяснили, что нужно совершить 100 шагов для перемещения на 1 мм. Также допустим, что мы отправили команду на перемещение станка на 100 мм, а по факту он переместился на 99 мм. Произведём расчет:

100*100/99=101,01 шагов/мм.

Указываем данное значение в прошивке GRBL и проводим калибровку еще раз. Если ЧПУ станок перемещается на заданное значение, можно пользоваться станком. Иначе проводим повторную калибровку.

Калибровка ЧПУ станка.

Понравился статья Расчет и настройка ремённой и винтовой придачи ЧПУ станка. Калибровка ! Не забудь поделиться с друзьями в соц. сетях.

А также подписаться на наш канал на YouTube, вступить в группу Вконтакте, в группу на Facebook.

Одноступенчатый редуктор с приводом от Шагового Двигателя

В этом посте я хочу рассказать про изготовление при помощи ранее изготовленного мной станка с ЧПУ одноступенчатой прямозубой передачи.

Не так давно мной был спроектирован портальный станок с ЧПУ, про его разработку и постройку на этом ресурсе расположена моя предыдущая статья.

Сразу хочу сказать, что данный проект служит только для получения опыта проектирования простых зубчатых пар и их изготовления для возможного применения в последующих проектах.

Так как на изготовленном станке планировалось обрабатывать не только дерево и пластики, а еще и дюраль, то интересно было сделать зубчатую пару как раз из этого материала.

По наличию у меня были обрезки дюралевого листа толщиной 6мм. В качестве привода я решил использовать Шаговый Двигатель (ШД) 23HS8430, он тоже у меня был в наличие и валялся без дела.

Проектирование началось с моделирования всего механизма в среде Компас 3Д, сразу же возникло несколько ограничений, ввиду малого размера дюралевой заготовки, а это соответственно повлияло на габариты ведомой шестерни, а так же на количество и размер зубьев, так как наименьший диаметр фрезы которая у меня была, составлял всего 2мм, а это значит что наименьший радиус которым я могу описать контур в процессе изготовления 1мм.

Учтя все ограничения, я перевел двигатель в 3Д модель и дальше стал сопрягать с ним остальные детали…

Теперь что касается построения зубчатой пары: в машиностроительной конфигурации Компас 3Д (v13) есть такая утилита как «Расчеты цилиндрической зубчатой передачи внешнего зацепления», в ней производим геометрический расчет, вводя требуемые параметры: число зубьев, модуль и т.д. Углубляться в это не буду, достаточно будет прочитать главу про построение зубчатых передач из курса механики: детали машин.

Использованная мной утилита производит расчет и построение шестерни, также если при расчете возникают ошибки, то она об этом информирует. После расчета выводит отчет со всеми геометрическими размерами. Из него мне потребовалось только межосевое расстояние, так как саму шестерню он прорисовывает автоматически.

Для большего интереса я решил сделать шестерни с разным количеством зубьев и передаточным отношением 2:1.

Исходя из межосевого расстояния, было нарисовано основание. С ним сопрягли двигатель и ось, на которой будет крепиться ведомая шестерня.

После окончания 3Д проектирования, все детали перевел в 2Д вид и сохранил их в векторном формате *.dxf.

Для того чтобы вырезать все детали на станке, я преобразовал векторный формат в G-code через постпроцессор в программе ArtCam. Полученный файл загрузил в станок и после обнуления координат, вырезал все детали.

В ведомую шестерню запрессовал подшипник, он достаточно плотно вошел, так как я занизил отверстие на несколько соток.

Отдельно на токарном станке выточили ось, на которую устанавливается ведомая шестерня.

Дальше все достаточно просто, собрал узел в едино, и осталось только его закрутить.
Но пришлось подождать месяц, так как драйвера для ШД у меня не оказалось, и я заказал драйвер DM542 на Али.

Для того чтобы ШД закрутился на вход драйвера требуется подать частотный сигнал, для этого я на ардуино уно собрал генератор частоты с изменяемой частотой с помощью внешне подключенного энкодера на 24 импульса.

Сразу хочу оговориться, что код для прошивки ардуино нашел на просторах Интернета.

Генератор частоты может: — генерировать меандр на 16 битном таймере. Диапазон частот 1Гц — 8МГц. Регулировка частоты производится энкодером. До частоты 2,8 кГц разрешение 1 герц, на частотах выше таймер аппаратно уже не может поддерживать это разрешение, поэтому более высокие частоты синтезируются, задавая параметром не требуемую частоту, а просто инкременируя регистр сравнения. Получается чем выше частота — тем больше шаг между щелчками энкодера. Вращая энкодер, с не нажатой кнопкой частота меняется на 1Гц; с нажатой кнопкой один шаг — 100Гц. Выше 2,8кГц. вращение энкодера с нажатой кнопкой так — же ускоряет счёт. Программного подавления дребезга контактов энкодера нет, поэтому нужно повесить конденсаторы 0,01..0,1 мкф. относительно земли. На кнопке конденсатор не обязателен. Рассчитанная математически частота выводится в сериал.

После того как все собрал, подсоединил и залил в Arduino скетч, можно приступать к включению:

Теперь про работу сего механизма: вращение и работа передачи вполне не плохое хоть и при звоне шестерен. В итоге получилось разогнать до 12,5 оборотов в секунду ведущую шестерню, а на ведомой соответственно в два раза меньше. Сгенерированная частота при этом составила порядка 5кГц при 400 имп/об. выставленное на драйвере. При этой частоте двигатель еще не уходил в ступор, а это значит, что можно было дать частоту и больше.

Нужен ли редуктор для NEMA 42 ST110-121

Такая тема, Хочу собрать станок ЧПУ для раскроя МДФ, ДСП, ну в общем раскрой листов, до самого максимального- это лист 366 на 183. Поэтому станок будет таких размеров 430-230-145 с 4 осями. Ну то есть осей будет три ( X Y Z), а двигателей будет четыре. Это будет большой, промышленный станок. Месяца два я посветил изучению информации по его изготовлению, лазил в интернете, перечитал кучу статей ну и вот. Станок собираюсь сделать жестким, тяжелым. Портал будет прилично весить.. Направляющие по оси X и Y будут линейными, передача будет зубчатая рейка и шестерня. А по оси Z будет стоять ШПВ и цилиндрические направляющие. Самое главное, что я хочу, это чтобы станок был динамичным. Быстро ездил по осям. И в тоже время был мощным, в смысле крутящий момент был сильным.. Вопрос в том какие ШД поставить на ось Y.. Их будет два по этой оси.. У меня есть три варианта: ( 1 )NEMA34(86-114) с планетарным редуктором , ( 2 ) NEMA42(110-121) с планетарным редуктором или же ( 3 )NEMA42(110-150) , Но вот тут я не знаю нужен ли редуктор или нет.. У этого ШД итак высокий Hm21. Может прям на прямую к зубчатой рейке подсоединить без редуктора? Даже не знаю. Драйвера будут от фирмы Leadshine DM2282 (8,2A),питание от 220В. И ещё подскажите пожалуйста какую плату коммутации поставить для такого станка? Их столько, что не знаю какую выбрать.. Эта плата должна выдержать мощные драйвера и мощные двигатели.. Заранее спасибо.

Вот файлы с характеристиками этих двигателей и драйверов..

Прикрепленные изображения

#2 ONLINE 3D-BiG

  • Пол: Мужчина
  • Город: Ареал обитания — вся страна, но обычно встречаюсь в Новосибирске.
  • Интересы: Полежать на диване, пофлудить на форуме.
  • Из:СССР

2 или 3 вариант, с предпочтением последнего, но:

Может прям на прямую к зубчатой рейке подсоединить без редуктора? Даже не знаю

А вот этого делать НЕ стоит, хотя бы из таких соображений:

возьмем рабочий диаметр шестерни на валу 15мм, тогда длина окружности 3.14*15=47.1мм, а двигатель имеет в вашем случае 200шагов на оборот ( для больших двигателей с квадратным магнитопроводом надеяться на точное позиционирование микрошагов НЕ стоит — они им нужны для преодоления резонансов), тогда получаем разрешение 47.1/200=0.2355мм на шаг, а желательно иметь хотя бы в 4 раза выше.

По платам коммутации я НЕ советчик, ибо вы, как я понял, хотите ставить для управления что-то типа Mach , а она не соответствует моим религиозным представлениям по системам управления станками.

Лужу, паяю, станки ЧПУ починяю.
Еще частенько здесь болтаю: Телеграм сообщество ЧПУшников: t.me/cncunion

#3 OFFLINE Asaza

  • Пол: Мужчина
  • Город: Баку
  • Из:Baku

Спасибо за ответ. Так что Вы мне посоветуете? Какой ШД лучше поставит для быстрой динамики и для сильного крутящего момента? Вы пишете что второй и третий самые оптимальные.. Но третий вариант более лучше.. И как я понял для этого ШД NEMA42( 110-150) с Нм21 всё же нужен редуктор? тогда его Нм увеличится и станет около 210Нм.. А это не слишком много для передвижения портала? Не будет ли при таком большом Нм пропусков шагов или еще каких нибудь глюков в движение и т.п. Обясните подробнее пожалуйста, чтоб развеить мои догадки и сомнения.

На счет шестерни, но ведь после редуктор тоже вставляется шестерня на вал и сразу к рейке. Я может не понимаю, но разнится в чём? В обоих случаях шестерня 15мм, с редуктором или без. Как влияет это на шаг? Редуктор как то увеличит его в 4 раза?

На счет программного обеспечения, то думаю Mach более проста в обращении, чем другие более заковыристые программы.. Мне почему то кажется что в них я не разберусь.. А по программе Mach столько роликов на Ютюбе есть.. Думаю с помощью них научусь управлять программой, и делать настройки.. Ну всё же точно не знаю. Может я и заблуждаюсь. Время покажет.

ЧПУ станок своими руками (самодельный). Часть 1.

H2N-TD - серводрайвер 1.2 кВт

Портальный станок с ЧПУ во многом схож с любыми другими станками с ЧПУ. ЧПУ станок (станок с числовым программным управлением) — это станок, который оснащен специализированным программно-аппаратным обеспечением для управления механической частью. Использование ЧПУ систем делает производство более предсказуемым, увеличивает повторяемость результата механообработки и снижает потребность в рабочих руках высококвалифицированных рабочих-станочников и операторов. Если в случае обычного станка перемещением рабочего инструмента (резца, шпинделя, рабочего стола) или заготовки вручную управляет рабочий-станочник, то в станке ЧПУ вся траектория рассчитывается заранее в специальных программах — CAM-системах, и сохраняется в пригодном к исполнению формате.Как правило, таким форматом является сервоприводы. В программе управления задаются координаты траектории, а точнее — синхронизированные во времени инструкции по перемещению каждой оси станка. Непосредственно станком управляет специализированное устройство — контроллер, в задачи которого стоит интерпретация программы, и превращение инструкций в последовательность управляющих импульсов. Управляющие импульсы поступают на специализированные приводы, подключенные к осям, шаговые или сервоприводы, которые и превращают их в движение оси путем, например, вращения вала двигателя. Программная часть систем ЧПУ отделена от собственно станка — станком с ЧПУ можно управлять разными контроллерами и даже просто с персонального компьютера, если приводы осей поддерживают протокол STEP/DIR. Поэтому мы рассмотрим наиболее сложную часть — механику и мехатронику станка.

Наиболее распространенная конструкция портального станка может перемещаться в 3х направлениях (координатах). Такие станки называются 3-хкоординатными, но с их помощью нельзя выполнить полностью 3-хмерную деталь, так как конструкция не позволяет фрезеровать поднутрения. Поэтому говорят, что обработка происходит в 2.5 координатах (2.5D-фрезеровка). Оси станка обычно обозначают X,Y и Z, где X и Y — оси, лежащие в горизонтальной плоскости, а Z — вертикальная ось. Говоря «ось Z», также часто под этим понимают собственно конструкцию оси с её направляющими, передачей и рабочим блоком(шпинделем, плазморезом и т.п.). Выбор осей X и Y — вопрос неоднозначный, в его решении нет устоявшегося стандарта. Чаще всего под осью X понимают самую длинную из осей. Однако, это не всегда удобно при работе с пультом станка с ЧПУ . Оператору, который стоит лицом к рабочему полю, привычней под осью X понимать (и управлять с пульта, соответственно) ось, идущую слева направо — как правило, это более короткая ось, которая проходит через балку портала. Схожая дилемма стоит при выборе положительного направления каждой из осей.

Компоновка типичного портального DIY станка с ЧПУ

Подавляющая часть портальных станков с ЧПУ имеет весьма схожую структуру. Фрезерный портальный станокможно условно поделить на следующие части:

    Станина.

    Станина — скелет станка, его несущая конструкция,в каком-то смысле станина и есть станок. От её правильной проектировки и исполнения(сварки, сборки) зависит самый важный параметр станка — жесткость, а следовательно,и точность обработки станка. Станины портальных станков изготавливаются из разнообразных материалов, однако наибольшее распространение получили станины, изготовленные из алюминиевого конструкционного профиля, фрезерованных алюминиевых деталей и сварные станины из стали(прокат или листовая сталь). Все более набирают обороты также литые станины из полимерных материалов, но задача литья такой станины не под силу начинающим. Подробней вопросы изготовления станины для станка будут освещены в точность обработки станка

Рабочий стол — это собственно поверхность, над которой перемещается рабочий инструмент станка (фреза, гравер и т.д.). Стол служит для закрепления обрабатываемой заготовки, и это накладывает определенные требования на его конструктивное исполнение. Стол самодельного ЧПУ станкадолжен быть достаточно ровным, и обеспечивать возможность закрепить заготовку в любом месте. Основными решениями для этого являются использование стола с Т-пазами(«Т-стол») и вакуумных столов. Стол с Т-пазами позволяет закрепить практически любую заготовку с помощью специальных зажимов. Вакуумные столы прижимают заготовку к себе за счет создания разрежения под сеткой на поверхности, поэтому они способны фиксировать только заготовки с плоской нижней частью(разнообразные листовые материалы), а также они существенно дороже. Однако вакуумные столы позволяют равномерно прижать заготовку по всей её площади, тогда как при фиксации большой плоской заготовки на Т-столе заготовка в центральной своей части может прогнуться вверх, что приведет к снижению соответствия размеров у конечной детали.

Привод станка с ЧПУ в свою очередь можно поделить на:

    Двигатели

Двигатели — связующее звено между электронной частью системы ЧПУ и механической частью, они(точнее, их управляющие модули — драйверы) получают сигналы с контроллера ЧПУ(часто в этой роли выступает персональный компьютер) и преобразуют их во вращательное движения собственного вала. В станках с ЧПУ используются 2 вида двигателей: серводвигатели и шаговые двигатели(а также линейные двигатели — разновидность серводвигателей. Линейные двигатели одновременно являются и трансмиссией для оси). Сказанное далее будет относиться к классическим шаговым и сервоприводам. Шаговые двигатели распространены в самодельных станках с ЧПУ и бюджетных моделях промышленных гравировально-фрезерных станков, а также станков лазерной, плазменной резки и т.п. Причина — в их низкой стоимости и простоте управления. Драйверы шаговых двигателей — достаточно бюджетные устройства, широко представлены на рынке от самых простых моделей до весьма продвинутых цифровых драйверов. Платой за простоту и бюджет становится низкий КПД шаговых двигателей, их низкая удельная мощность, слабая способность к ускорению, высокие вибрации, гул и резонанс, что в сумме сильно влияет на эксплуатационные характеристики станка.
Серводвигатели — двигатели с установленным датчиком угла поворота. Это семейство представлено достаточно широко, существуют щеточные и бесщеточные двигатели, постоянного и переменного тока. В целом про серводвигатели можно сказать, что их отличает высокая плавность хода, высокий КДП, способность переносить кратковременные перегрузки. Однако управление серводвигателем гораздо сложнее, серводрайверы (см. серводрайверы Leadshine) — устройства существенно более дорогие и сложны в настройке. Существует также бюджетные варианты щеточных серводвигателей, однако из-за наличия изнашивающейся части (щеток) они менее предпочтительны, чем бесщеточные.

Читайте также  Горит давление масла на прогретом двигателе лансер 9

Блоки управления двигателями отличаются разным набором функций,а также разными электротехническими характеристиками. И если к серводвигателям блок как правило поставляется в паре, то шаговые моторы идут обычно без драйверов, а попробовав самостоятельно подобрать что-либо, можно очень надолго задержаться на этом этапе, так как предложений на рынке очень много. См. также: Как выбрать драйвер для шагового двигателя.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector