Jeder, der eine CNC-Maschine selbstständig zusammenbauen möchte, benötigt einen Schrittmotor. Die Hauptsache ist, sich im Voraus über den Umfang des Geräts zu entscheiden. Die größten Anstrengungen und Indikatoren sind für die Bearbeitung von NE-Metallen erforderlich, die bei der Auswahl eines Schrittmotors für CNC separat berücksichtigt werden.

Was sind die Kriterien für die Auswahl?

Es muss daran erinnert werden, dass im Vergleich zu konventionelle Motoren, Stepper benötigen mehr komplexe Schemata Zum Autofahren. Und es gibt nicht so viele Kriterien.

1. Induktivität Parameter.

Der erste Schritt besteht darin, die Quadratwurzel der Wicklungsinduktivität zu bestimmen. Das Ergebnis wird dann mit 32 multipliziert. Der insgesamt erhaltene Wert muss dann mit der Spannung der Quelle verglichen werden, aus der der Treiber mit Strom versorgt wird.

Diese Zahlen sollten nicht zu sehr voneinander abweichen. Der Motor erwärmt sich und macht zu viel Lärm, wenn die Versorgungsspannung 30 % oder mehr als der erhaltene Wert beträgt. Ist sie geringer, so nimmt mit zunehmender Drehzahl das Drehmoment ab. Je höher die Induktivität, desto einfacher ist es, ein hohes Drehmoment aufrechtzuerhalten. Dafür müssen Sie jedoch einen Treiber auswählen, der eine hohe Versorgungsspannung hat. Nur dann funktioniert der Schrittmotor richtig.

1. Ein Diagramm, das zeigt, wie Drehmoment und Drehzahl miteinander in Beziehung stehen.

Dadurch wird es möglich zu verstehen, wie der Motor im Prinzip die Anforderungen und technischen Spezifikationen erfüllt.

1. Geometrische Planparameter.

• Maximales statisches Synchrondrehmoment.
• Trägheitsmoment für Rotoren.
• Der Strom innerhalb der Phase ist auf Nennwert.
• Der Gesamtwiderstand der ohmschen Phasen.

Über die Arten von Motoren

Für die Maschine ist die Art der verwendeten Schrittmotoren ein Parameter, der nicht weniger wichtig ist als die anderen. Jedes Modell ist mit seinen eigenen Eigenschaften ausgestattet.

1. Bipolare werden am häufigsten in Verbindung mit einer CNC verwendet.

Der Hauptvorteil ist die Möglichkeit, einfach einen neuen Treiber auszuwählen, wenn der alte ausfällt. Bei niedrigen Drehzahlen verbleibt ein hoher spezifischer Widerstand.

1. Drei Phasen.

Sie zeichnen sich aus durch schnelle Geschwindigkeit... Relevant, wenn diesem speziellen Parameter bei einer Auswahl die größte Aufmerksamkeit geschenkt wird.

1. Unipolar.

Dies sind mehrere Arten von bipolaren Motoren, die sich voneinander unterscheiden und je nach Anschluss der Wicklung ausgewählt werden.

Kann erkundet werden fertige Modelle Maschinen des aktuellen Marktes. Dank dieser Vorgehensweise wird die Auswahl stark vereinfacht. Die Hauptsache ist, dass die Eigenschaften und Abmessungen für das zu erstellende Projekt geeignet sind.

Über Schnittkräfte

Oft denken die Besitzer, dass sie stark drücken müssen, sonst funktioniert es nicht richtig. Dies ist eine Täuschung, die nicht wahr ist. Das Wichtigste ist, wie der Benutzer die Parameter des Workflows richtig einstellt.

Es ist nicht notwendig, komplexe Spezialformeln zu verwenden, um zu verstehen, wie man richtig handelt. Sie können es auch direkt mit Ihren bloßen Händen überprüfen.

Über Resonanz bei mittleren Frequenzen

Schrittmotoren sind mit starker Resonanz verbunden. Tatsächlich funktionieren sie wie ein Pendel mit einem Gewicht, das an einer Feder hängt. Die Rolle der Last wird vom Rotor übernommen und das Feld mit magnetischer Energie wird von der Feder übernommen. Eigenschwingungen haben eine Frequenz, die durch zwei Indikatoren bestimmt wird:

1. Rotorträgheit.
2. Aktuelle Stärke.

Resonanz tritt auf, wenn die Differenz zwischen Drehzahl und Phase des Drehmoments 180 Grad erreicht. Dies bedeutet, dass eine Übereinstimmung zwischen der Geschwindigkeit und den Änderungen innerhalb des Magnetfelds besteht. Beim Positionieren in einem neuen Schritt wird die Bewegung schnell. Das Drehmoment sinkt, weil die meiste Energie verbraucht wird, um das Momentum zu überwinden.

Über Encoder und Treiber, Verbindungen

Zur Steuerung des Geräts werden spezielle Treiber benötigt. Sie verbinden sich mit den LTP-Ports von persönliche Computer... Das Programm erzeugt Signale, die dann von den Treibern empfangen werden. Danach erhält der Motor bestimmte Befehle. Die Bestromung der Wicklungen ermöglicht es, den Betrieb des gesamten Geräts zu organisieren. Die Software erleichtert die Steuerung:

• Nach Motorgröße.
• Für Geschwindigkeiten.
• Auf Flugbahnen.

Ein Treiber ist eine Einheit, die für die Steuerung des gesamten Motors verantwortlich ist. Die Bildung des Steuersignals erfolgt unter Beteiligung eines speziellen Controllers. Dazu müssen vier Leitungen eines Schrittmotors gleichzeitig an das Gerät angeschlossen werden. Energie kommt aus dem Netzteil, negativ und positiv, und wird für die weitere Arbeit an die Motoren angeschlossen.

Der maximale Strom der erforderlichen Spannung an den Klemmen ist der Hauptfaktor, auf dessen Grundlage eine Auswahl getroffen werden sollte. Der vom Treiber gelieferte Strom kann folgende Arten haben:

1. Das gleiche, was der Motor verbraucht.
2. Höher als der zuvor genannte Wert.

Über spezielle Schalter werden die gewünschten Parameter für die Anfangsspannung ausgewählt.

Schrittmotoren können haben andere Reihenfolge Verbindungen. Dies hängt normalerweise davon ab, mit wie vielen Drähten der Antrieb ausgestattet ist. Es ist auf den Verwendungszweck des Gerätes zu achten. Es gibt viele Modelle auf dem Markt, und fast jedes hat seine eigene Version der Steckschaltung. Bis zu 4-6 Drähte werden im Inneren platziert. Bipolare Module werden standardmäßig mit den Vierleiter-Versionen geliefert.

Alle zwei Wicklungen kommen mit zwei Antrieben. Sie müssen ein normales Messgerät verwenden, um Fehler zu vermeiden. Sechsdrahtmotoren unterscheiden sich maximale Leistung... Dies bedeutet, dass jede Wicklung von zwei Drähten und einer Mittelanzapfung begleitet wird. Solche Geräte ermöglichen zwei Arten von Verbindungen:

1. Bei bipolaren Geräten.
2. Bei unipolaren Modellen.

Zum Trennen der Drähte werden auch Messgeräte verwendet. Bei unipolaren Geräten wird davon ausgegangen, dass alle sechs Drähte verwendet werden. Bei bipolaren können Sie nur eine zentrale Anzapfung zusammen mit Drähten eine Wicklung nach der anderen nehmen.

Was ist noch zu beachten?

Ein gewöhnlicher Draht wird als Center-Tap bezeichnet. Sie verwenden auch die Bezeichnungen „Zentral“, „Mitte“. Einige Schrittmotormodelle sind mit ähnlichen Geräten ausgestattet. Bei den unipolaren Versionen wird jede Wicklung mit drei Drähten geliefert. Zwei davon organisieren die Verbindung zu den Transistoren. Mittelhahn oder Mittelhahn geht direkt an die Stromquelle oder Spannung.

Die beiden Seitendrähte können ganz ignoriert werden, wenn die Transistoren nicht verwendet werden sollen.

Fünf- und Sechs-Draht-Modelle sind einander sehr ähnlich. Aber im Inneren werden die zentralen Drähte zusammen mit den restlichen Komponenten in einem gemeinsamen Kabel herausgeführt. Ohne Unterbrechungen können die Wicklungen nicht miteinander verbunden werden. Am besten verbinden Sie den mittleren Draht mit anderen Leitern. Dann müssen Sie sich keine Sorgen um die Wirksamkeit und Sicherheit des Gerätes machen. Sie müssen nur die richtigen Teile nehmen.

Abschluss

Abholen passendes Modell Motor für die Maschine wird einfacher, wenn Sie im Voraus die Hauptmerkmale sowie die Angebote auf dem relevanten Markt studieren. Die Hauptsache ist, sich an vertrauenswürdige Lieferanten zu wenden. Die kleinste Heirat und Fehler führen zum Ausfall sehr teurer Teile.

Schrittmotoren finden Sie im Gerät von Automobil Dashboards, Drucker, CD-Laufwerke, Elektrowerkzeuge allgemein - überall dort, wo eine erhöhte Positioniergenauigkeit erforderlich ist. Aber der berühmteste SHD, der in CNC-Maschinen erhalten wurde.

Aber warum heißt dieser Mechanismus so –“ Schrittmotor"? Kurz gesagt handelt es sich um einen bürstenlosen Synchronmotor mit mehreren Drahtwicklungen. Elektrischer Strom wird in eine der Statorwicklungen (stationäres Element) eingespeist und fixiert so den Rotor (bewegtes Teil) in einer bestimmten Position. Dann fließt der Strom in eine andere Wicklung und der Rotor macht eine neue Bewegung. Diese sequentielle Positionsänderung wird als "Schritt" bezeichnet. Und diesem Funktionsprinzip verdankt der Schrittmotor seinen Namen.

Gerät und Typen von Schrittmotoren

Heute gibt es drei Haupttypen von Schrittmotoren:

Es ist zu beachten, dass Mikroschritt nur bei Hybridschrittmotoren möglich ist. Jeder Mikroschritt wird durch eine unabhängige Wickelsteuerung ausgeführt. Durch die Steuerung des Stromverhältnisses kann der Rotor auch im Zwischenabschnitt zwischen zwei benachbarten Stufen arretiert werden. Dies verbessert die Laufruhe des Bewegungselements und ermöglicht eine optimale Positionierungsgenauigkeit. Die Schrittzahl in diesem Modus kann sogar 51.200 pro Umdrehung erreichen.

Viele Amateure stellen die Frage: Warum wird die Rotorzahnform gewählt? Die Antwort ist einfach: um eine periodische Abhängigkeit der Statorwicklung von der Winkellage des Rotors zu erhalten. Der Spalt zwischen den Nuten ist viel größer als zwischen den Zähnen. Dies ermöglicht eine geringere magnetische Leitfähigkeit der Lücken im Verhältnis zur Leitfähigkeit der Zähne. Andernfalls würde der Schrittmotor einfach nicht funktionieren. Offensichtlich ist es die Gesamtheit all seiner Design-Merkmale, sowie die Form und Zusammensetzung der Elemente machen den SD zu einem vollwertigen Mechanismus und nicht nur zu einem Stück Metall.

Darüber hinaus wird SM je nach Wicklungstyp unterteilt in:

• bipolar... Sie haben für jede Phase eine Wicklung. Die Änderung der Richtung des Magnetfelds in ihnen erfolgt durch Umkehren des Treibers - einer bipolaren Halbbrücke oder Brücke;
• unipolar... Auch ein solcher Schrittmotor hat in jeder der Phasen eine Wicklung, gleichzeitig wird jedoch aus der Mitte jeder einzelnen Wicklung ein Abgriff hergestellt. Somit kann die Richtung des Feldes durch Umschalten der benutzten Hälfte der Wicklung geändert werden. Der Treiber benötigt nur vier Schlüssel, ist also einfacher als ein bipolarer Motor.

Schrittmotor-Eigenschaften

V technische Dokumentation zu Schrittmotoren finden Sie folgende Kennlinienliste:

1. Drehmoment oder Drehmoment... Es wird in Kilogramm-Kraft-Zentren gemessen. Oft wird diesem Item ein Graph beigefügt, der die Abhängigkeit ausdrückt Drehmoment von der Rotationsfrequenz. Je höher dieser Indikator ist, desto schneller nimmt der Motor beim Einschalten Geschwindigkeit auf.
2. Haltemoment... Es zeigt, wie stark der Stator den Rotor blockieren kann, wenn der Motor eingeschaltet ist, aber nicht läuft. Das heißt, es ist der Drehmomentparameter bei Nulldrehzahl. Gemäß der Grafik nimmt sie direkt proportional zur Erhöhung der Drehzahl ab. Dieser Indikator wird in Unzen pro Zoll gemessen. Das Haltemoment im vom Hersteller angegebenen Maß kann vom Motor nur im statischen Betrieb nachgewiesen werden, sofern Gesamtstrom in zwei Phasen gleichzeitig serviert.
3. Bremsmoment... Dies ist die Kraft, die den Rotor ohne Stromzufuhr am Rotieren hindert. Das heißt, die Sperrkraft des Rotors beim Ausschalten. Es wird auch Haltemoment genannt. Bei Hybrid-Schrittmotoren ist es nicht mehr als ein Zehntel der Kraft, die den Rotor bei voller Bestromung am Drehen hindert. Diese Eigenschaft in den gleichen Einheiten wie das Haltemoment gemessen.
4. Nennspannung... Dieser Indikator hängt direkt von der Induktivität der Wicklungen ab und ermöglicht es Ihnen, die optimale Spannung zu bestimmen, die dem Motor zugeführt werden sollte. Die für Ihren Schrittmotor am besten geeignete Spannung liegt im Bereich von 4 bis 25 Werten vom Nennwert. Wenn Sie den zugeführten Strom überschreiten, wird der Motor überhitzt, was zu Schäden führt. Und wenn die Spannung nicht ausreicht, startet es einfach nicht. Diese Kennlinie wird in Volt angegeben. Um die optimale Stromstärke zu berechnen, wird eine spezielle Formel verwendet U = 32 x√ L, wobei L die Induktivität der Wicklung und U der gewünschte Wert ist.
5. Getrennt davon das Ergebnis dielektrischer Tests, bei denen es bestimmt wurde maximale Spannung, dem die Wicklung für eine gewisse Zeit standhält. Dieser Indikator bestimmt die Stärke des Motors, wie gut er Überlastungen widerstehen kann.
6. Trägheitsmoment des beweglichen Teils des Motors... Bestimmt die Geschwindigkeit der Schrittmotorbeschleunigung. Dieser Wert wird in Gramm-Quadratzentimetern gemessen.
7. Anzahl Schritte pro Umdrehung(nur volle Schritte werden berücksichtigt, halbe Werte werden nicht berücksichtigt). Je mehr Schritte, desto stärker und schneller der Motor.
8. Länge und Gewicht... Dies bezieht sich auf die Länge des Körpers, ohne den Schaft. Im Parameter "Gewicht" wird jedoch das Gesamtgewicht des Produkts angegeben. Es hängt von der Größe und dem Gewicht ab, unter welchen Bedingungen der Motor eingesetzt werden kann. In einigen Fällen benötigen Sie Kompaktmotor, während in anderen nur der größere und stärkere ausreicht.

Nehmen wir als Beispiel einen Nema-Schrittmotor. PL57H41 Motor, was Breite-Höhe (Durchmesser) auf einem quadratischen Flansch 57mm bedeutet - PL57. Motorlänge ohne Welle 41mm - H41. Drehmoment, Halte- und andere Momente des Motors hängen mehr vom Durchmesser als von der Länge des Motors ab.

PL57H110-Spezifikationen

PL86H113-Spezifikationen

Anschluss, Treiber und Encoder

Schrittmotoren werden in der Regel über spezielle Treiber an den LTP-Port des Computers angesteuert. Der Treiber empfängt die vom Programm erzeugten Signale und wandelt sie in Befehle an den Motor um, die durch Bestromung der Wicklungen übertragen werden. Die Software kann die Flugbahn, Größe, Geschwindigkeit und Größe der Bewegung anpassen.

Der Treiber ist ein Schrittmotor-Steuergerät. Bei CNC-Maschinen werden Steuersignale auf CNC-Steuerungen erzeugt, daher werden 4 Ausgänge eines Schrittmotors, Steuerleitungen von der CNC-Steuerung (normalerweise 4 Leitungen) und Strom + und - von der Stromversorgung an den Treiber angeschlossen. Signale vom Controller gehen an den Fahrer, wo er bereits das Schalten der Tasten steuert Stromkreis die Versorgungsspannung, die von der Stromversorgung über diese Tasten zum Motor kommt.

Der Treiber sollte entsprechend dem maximalen Ausgangsstrom ausgewählt werden erforderliche Spannung an die Klemmen für die Motorwicklungen. Der vom Treiber gelieferte Strom muss entweder gleich der Stromaufnahme des Motors oder höher sein. Der Treiber verfügt über Schalter, mit denen Sie die gewünschten Ausgangsspannungsparameter einstellen können und den Motor nicht verbrennen.

Die Reihenfolge zum Anschließen eines Schrittmotors an einen gemeinsamen Stromkreis hängt davon ab, wie viele Drähte sich in Ihrem Antrieb befinden und wie genau Sie den Schrittmotor verwenden möchten. Es gibt viele Modelle und jedes hat seinen eigenen Anschlussplan. Die Anzahl der Drähte im Motor kann zwischen vier und sechs liegen. Vierdrahtmotoren werden ausschließlich bei bipolaren Getrieben verwendet.

Jeweils zwei Wicklungen haben zwei Drähte. Um die erforderlichen Paare und die Beziehung zwischen ihnen zu bestimmen, benötigen Sie ein Messgerät. Am stärksten sind die Sechsleitermotoren. Sie haben einen Mittelabgriff und zwei Drähte für jede einzelne Wicklung. Ein solcher Schrittmotor kann sowohl an bipolare als auch an unipolare Geräte angeschlossen werden. Du brauchst ein besonderes Messgerät um die Drähte zu trennen. Verwenden Sie bei unipolaren Geräten alle sechs Drähte. Bei Bipolar genügt ein zentraler Abgriff und ein Draht für eine Wicklung.

Center-Tap ist ein gewöhnlicher Draht, der auch "Mitte" oder "Mitte" genannt wird. Es ist in einigen Arten von Schrittmotoren zu finden. V unipolare Motoren Es gibt drei Drähte für jede Wicklung. Zwei davon sind für den Anschluss an Transistoren ausgelegt. Und der mittlere, also der Mittelkran, muss an eine Spannungsquelle angeschlossen werden. Das heißt, wenn Sie keine Transistoren anschließen müssen, können Sie die beiden Seitendrähte einfach ignorieren.

Fünfdraht-Schrittmotoren ähneln Sechsdraht-Schrittmotoren, jedoch werden bei ihnen die zentralen Drähte zusammen mit dem Rest in ein gemeinsames Kabel geführt. Ohne Unterbrechungen können Sie die Wicklungen nicht voneinander trennen. Suchen Sie am besten den mittleren Draht und verbinden Sie ihn mit anderen Leitern - dies ist eine effektive und am wenigsten gefährliche Option.

Encoder werden häufig bei Schrittmotoren verwendet. Sie sind einfach Sensoren, deren Aufgabe es ist, Signale an Software zu senden. Viele Experten glauben, dass es in den meisten Fällen keinen Sinn macht, einen Schrittmotor mit Encodern zu kombinieren und eine ineffektive Geldverschwendung ist. Wenn jedoch eine nichtlineare Abhängigkeit der Bewegung von der Anzahl der Schritte besteht, wenn die fünfte Koordinate erstellt werden muss, ist der Encoder unersetzlich. Es hilft Ihnen, Tischdrehwinkel einfacher zu verfolgen und spart Zeit, da komplexere Methoden überflüssig werden.

Anwendungen, Vor- und Nachteile

SD sind vor allem in der Hightech- und Schwerindustrie weit verbreitet. Aufgrund der Tatsache, dass sie sehr kostengünstig sind und sie recht einfach angeordnet sind, lässt die Nachfrage nach ihnen auch im 21. Jahrhundert nicht nach. Sie finden sie oft in CNC-Maschinen, Roboteranlagen, an Automatisierungsgeräten (Zuführung, Dosierung, automatische Schweiß- und Montagemechanismen usw.).

Schrittmotoren sind vor allem bei der Konstruktion von Koordinatentischen und CNC-Maschinen beliebt. Schrittmotoren sind aufgrund des geringen Aufwands der für ihren Betrieb notwendigen Software unverzichtbar im Fertigungsbereich, in Schalttafeln, Programmier- und Einstellaufgaben sowie in anderen Mechanikelementen.

Schrittmotoren werden häufig in Peripherieelementen von Computern, Druckmaschinen und Instrumenten, Fräs- und Ziehmaschinen, Überwachungs- und Steuerungssystemen, Lochern und Bandlesegeräten verwendet.

Servomotoren konkurrieren in der Popularität mit Schrittmotoren, die ähnliche Funktionen unter den gleichen Bedingungen wie Schrittmotoren ausführen können.

Vorteile von Schrittmotoren gegenüber Servomotoren:

1. Sie funktionieren unter einer Vielzahl von Belastungen einwandfrei.
2. Fester Drehwinkel, genormte Motorabmessungen.
3. Kostengünstig.
4. Einfache Installation und Verwendung, Zuverlässigkeit, Langlebigkeit.
5. Falls auch hohe Drehzahlen der Motor brennt nicht aus, sondern überspringt Schritte.

Die Hauptnachteile von Schrittmotoren im Vergleich zu Servomotoren:

1. Geringe Effizienz. Hoher Verbrauch Energie unabhängig von der Last.
2. Ein starker Drehmomentabfall mit zunehmender Drehzahl.
3. Bei dieser Größe und diesem Gewicht ist die Leistung geringer als erwartet.
4. Der Motor wird während des Betriebs sehr heiß.
5. Hoher Geräuschpegel bei hohen und mittleren Frequenzen.

Ich habe vor kurzem geschrieben, dass ich eine große Kopfschmerzen in Form der Notwendigkeit, neue Schrittmotoren für sich selbst auszuwählen. Es war einmal, als das Gras grüner war ... Also, im Allgemeinen kaufte ich mir einen Satz Motoren, der vorerst herumlag. Ich habe sie vor allem gekauft, ohne mir die Mühe zu machen und nicht herauszufinden, wie ich sie auswählen und worüber ich schlafen soll. Wiederholen Sie meine Fehler nicht, studieren Sie die Frage. Im Folgenden beschreibe ich ausführlich, was ich seither über Schrittmotoren lernen konnte und insbesondere, wie man das Thema seiner Wahl kompetent angeht.

Aber zuerst, um die Frage besser zu verstehen - lassen Sie es uns herausfinden - "Was ist ein Schrittmotor?"

Ein Schrittmotor ist ein synchroner bürstenloser Elektromotor mit mehreren Wicklungen, bei dem ein an eine der Statorwicklungen angelegter Strom bewirkt, dass der Rotor blockiert. Die sequentielle Aktivierung der Motorwicklungen verursacht diskrete Winkelbewegungen (Schritte) des Rotors.

Der Schrittmotor ist nicht in erster Linie dafür ausgelegt, sich einfach zu drehen und sein Drehmoment auf den Aktuator zu übertragen. Sie muss eine hohe Positioniergenauigkeit und ein ausreichendes Haltemoment bieten.

Das Haltemoment gibt an, wie stark der Motor, wenn er mit Nennstrom versorgt wird, Versuchen widersteht, ihn anzukurbeln. Wird der Motor mit einem Strom gleich dem Nennstrom beaufschlagt, stellt dieser das maximale Haltemoment bereit.

Der Lenkwinkel ist der Lenkwinkel, den der Motor in einem Schritt dreht (wer hätte das gedacht?). Daher wird es manchmal einfach als Schritt bezeichnet und ist nicht besorgt. Und der Schrittfehler ist die maximale Abweichung vom angegebenen Drehwinkel in Prozent.

Und hier können Sie die Frage stellen - "aber was ist mit der Spannung?" Die Spannung spielt keine besondere Rolle, denn Es wird von einem Schrittmotortreiber gesteuert, um den erforderlichen Strom aufrechtzuerhalten. Aber wissen Sie, wann Sie aufhören müssen. 3V - 5V reichen, 3,4V sind wohl genau richtig.

Es gibt auch einen Parameter wie die Anzahl der Phasen. Nun, wenn ganz einfach, dann ragen so viele Pins / Drähte aus dem Motor heraus. Auf einem guten Niveau brauchen wir einen Drucker für bipolare Motoren mit 4 Phasen (Drähte). Es gibt aber auch 6 und sogar 8. Letztere sind in unserer Gegend exotisch (na ja, zumindest habe ich sie nie in den Händen gehalten). Aber die mit 6 Drähten - die werden gefunden. Vereinfacht gesagt ist dies das gleiche wie bei 4, jedoch befindet sich an beiden Wicklungen ein Mittelabgriff. Deutlicher kann man sich die Illustration anschauen, die ich ehrlich gesagt irgendwo geklaut habe.

Aber ich habe nie gesagt, was ich nehmen soll? Wenn es eine 4-Führung gibt, nimm sie, wenn nicht, ärgere dich nicht und nimm eine 6-Führung. Aber es ist besser, eine 4-Führung zu nehmen (weniger Ärger). Im Bild ist übrigens ein 8-Pin-Motor in einem Modus dargestellt, in dem er parallel geschaltete Wicklungspaare hat.

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Startseite CNC. Teil 1. Schrittmotortreiber für Mini-CNC-Maschine

Bei der Konstruktion einer weiteren CNC-Maschine, aber einfach einer 3-Achs-Fräs- und Bohrmaschine für Leiterplatten und kleine Fräsarbeiten, hatte ich den unbändigen Wunsch, alles „in die Regale“ zu stellen.
Viele werden sagen, dass das Thema nicht neu ist, es gibt viele Projekte, viele technische und Softwarelösungen. Aber in diesem Meer von Informationen treibend, habe ich versucht, das gesamte "Wasser" zu entfernen und die "trockenen Rückstände" zu erhalten.
Das ist dabei herausgekommen…

Die Aufgabe, eine Werkzeugmaschine zu bauen, läuft in der Regel auf drei Teilaufgaben hinaus - Mechanik, Elektronik, Software... Anscheinend müssen Sie auch drei Artikel schreiben.
Da wir noch ein Magazin für praktische Elektronik haben, fange ich mit Elektronik an und ein bisschen mit Mechanik!

Antriebseinheit

Motor (Motor)

Mit einem "normalen" Motor ohne Rückmeldung wird in keinster Weise funktionieren. Ohne auf Details einzugehen, muss der Motorsteuerkreis "wissen", um welchen Winkel sich die Achse gedreht hat. Sie können natürlich ein Getriebe einbauen - wir werden an Geschwindigkeit verlieren, und trotzdem keine Garantie, keine Rückmeldung! An der Achse ist ein Lenkwinkelsensor verbaut. Diese Lösung ist zuverlässig, aber teuer.

Eine Alternative ist ein Schrittmotor (lesen Sie selbst, wie es funktioniert). Wir können davon ausgehen, dass es in einem "Befehl" seine Achse um einen bestimmten Grad dreht, normalerweise 1,8 oder 0,9 Grad (die Genauigkeit ist normalerweise nicht schlechter als 5%) - genau das, was Sie brauchen. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass der Motor unter hoher Last Befehle überspringt - "Schritte" und möglicherweise ganz stoppt. Das Problem wird von der Installation bewusst entschieden leistungsstarker Motor... Die meisten Amateur-Werkzeugmaschinen werden mit Schrittmotoren hergestellt.

Auswahl eines Schrittmotors

Widersprüchliche Anforderungen. Niedriger Strom bedeutet hohen Widerstand, was viele Windungen des Motorwicklungsdrahtes bedeutet, was eine hohe Induktivität bedeutet. Und der große Moment ist hoher Strom und viele Wendungen. Wir entscheiden uns dafür höherer Strom und weniger Induktivität. Und der Moment muss je nach Belastung gewählt werden, aber dazu später mehr.

Die Eigenschaften einiger Motoren sind in der Tabelle aufgeführt:

Schrittmotortreiber

Die einfachste Lösung ist eine Stromquelle und zwei Paare von Transistorschaltern für jede Wicklung. Und vier Schutzdioden. Und eine Logikschaltung, um die Richtung zu ändern. Und ... Eine solche Lösung wird normalerweise auf der ULN2003A-Mikroschaltung für Niederstrommotoren hergestellt, sie hat viele Nachteile, auf die ich nicht näher eingehen werde.

Eine Alternative - spezialisierte Mikroschaltungen "all in one" - mit Logik, Transistoren und Schutzdioden innen (oder außen). Und auch solche Mikroschaltungen steuern den Strom der Wicklungen und regulieren ihn mit PWM, und sie können auch den "Halbschritt" -Modus und einige Modi mit 1/4-Schritt und 1/8-Schritt usw. implementieren. Diese Modi können die Positionierung verbessern Genauigkeit, verbessern die Laufruhe und reduzieren Resonanzen. Normalerweise ist der Modus "Halbschritt" ausreichend, wodurch die theoretische Genauigkeit der linearen Positionierung erhöht wird (in meinem Beispiel bis zu 0,005 mm).

Was ist im Schrittmotortreiber-IC enthalten? Logik- und Steuereinheit, Netzteile, PWM mit Schaltungen zur Bildung von Zeitpunkt und Zeitpunkt des Schaltens der Wicklungen, Ausgangsschalter an Feldeffekttransistoren, Rückkopplungskomparatoren - der Strom wird durch den Spannungsabfall an den Widerständen (Rs) in der Wicklung gesteuert Stromkreis. Der Motorstrom wird durch die Referenzspannung eingestellt.

Um diese Funktionen zu realisieren, gibt es andere Schaltungslösungen, zum Beispiel mit PIC- oder ATMEGA-Mikrocontrollern (wieder mit externen Transistoren und Schutzdioden). Meiner Meinung nach haben sie keinen signifikanten Vorteil gegenüber "fertigen" Mikroschaltungen und ich werde sie in diesem Projekt nicht verwenden.

Eine große Auswahl

Vorgefertigt - die gängigsten und kostengünstigsten Treiber auf Mikroschaltungen Allegro A4988 (bis 2A), Texas Instruments DRV8825 (bis 2,5A).
Da die Module ursprünglich für den Einsatz in 3D-Druckern wie dem Rep-Rap des Arduino-Projekts entwickelt wurden, sind sie keine kompletten Module (z. Rampe).

Es gibt auch Lösungen für DRV8811 (bis 1,9 A), A3982 (bis 2 A), A3977 (bis 2,5 A), DRV8818 (bis 2,5 A), DRV8825 (bis 2,5 A), Toshiba TB6560 (bis 3 A) ) und andere.

Da ich daran interessiert bin, selbst etwas zu tun und die Möglichkeit zu haben, die Mikroschaltungen Allegro A3982 und A3977 zu "schmecken", habe ich mich entschieden, selbst ein paar Treiber zu bauen.

Fertige Lösungen Uns hat es beim A4988 nicht gefallen, vor allem wegen der Miniaturisierung der Platinenabmessungen zu Lasten einer guten Kühlung. Typischer Widerstand von offenen Transistoren in A4388 bei einem Strom von 1,5 A 0,32 + 0,43 Ohm, plus einem 0,1-0,22 Ohm "Messwiderstand" - es ergibt sich etwa 0,85 Ohm. Und es gibt zwei solcher Kanäle, und obwohl sie impulsiv arbeiten, müssen 2-3 Watt Wärme abgeführt werden. Nun, ich glaube nicht an ein Multilayer-Board und einen winzigen Kühlkörper - das Datenblatt enthält ein viel größeres Board.

Machen Sie die Motorkabel kurz und installieren Sie den Treiber in der Nähe des Motors. Da sind 2 technische Lösungen in der Tontechnik: ein langes Signalkabel zum Verstärker + kurze Adern zu Lautsprechersystem, oder ein kurzes Signalkabel zum Verstärker + lange Drähte und ein Lautsprechersystem. Beide Lösungen haben ihre Vor- und Nachteile. Mit Motoren - das gleiche. Ich wählte lange Steuerkabel und kurze Motorkabel.

Steuersignale - "step", "direction" (dir), "enable", Anzeige des Zustands von Steuersignalen. Einige Schaltungen verwenden das "Enable"-Signal nicht, aber dies heizt im Leerlauf sowohl den IC als auch den Motor unnötig auf.

Ein 12-24 Volt Netzteil, Logik Netzteil (+ 5V) - auf der Platine. Die Abmessungen der Platine reichen für gute Kühlung, doppelseitiger Druck mit einer großen Fläche aus "Kupfer", die Möglichkeit, einen Kühler auf den Mikrokreislauf zu kleben (zum Kühlen des Speichers von Grafikkarten).

Schrittmotortreiber auf der Allegro A3982 Mikroschaltung

Schrittmotortreiber auf der Allegro A3977-Mikroschaltung

Schaltplan und Prototyp

Leiterplatte

Schrittmotoren sind bürstenlose Geräte. Sie werden mit mehreren Wicklungen hergestellt. Die Hauptparameter der Geräte sind die Schwellenspannung und die Polzahl. Auch im Wickelwiderstand unterscheiden sich die Modelle. Einphasige Versionen werden mit Getriebestatoren hergestellt. Die am häufigsten verwendeten Magnete sind vom zylindrischen Typ.

Für CNC sind Schrittmotoren ideal. Allerdings hängt in diesem Fall viel von der Ausstattung ab. Insbesondere werden Modifikationen an Druckern, Werkzeugmaschinen und Laserschneidern installiert. Sie sind auch auf Laufwerken zu finden. Dies gilt jedoch nur für lineare Konfigurationen. Ein Schrittmotor von durchschnittlicher Qualität kostet etwa 4500 Rubel.

Wie wählt man einen Motor aus?

Wie wählt man für CNC-Maschine? Zunächst sollten Sie sich für die Art der Modifikation entscheiden. Wenn wir Optionen für Maschinen in Betracht ziehen, werden häufig zweiphasige Modelle verwendet. Ihre Magnetkerne sind mit guter Stromleitfähigkeit verbaut. Die Rotoren werden direkt aus Stahl verwendet. Die Statorbecher werden mit einer Leiste hergestellt.

In diesem Fall werden die Wicklungen aus einem weichmagnetischen Material verwendet. Statoren in den vorgestellten Geräten werden mit Zähnen verwendet. Die Rückhalterate muss mindestens 3 kg/cm betragen. Der Parameter des Wicklungswiderstands hängt vom CNC-Typ ab. Wenn wir über Modifikationen mit einem Controller sprechen, muss die obige Anzeige 7 Ohm betragen.

Geräte für Werkzeugmaschinen

So wählen Sie für Wenn wir ein konventionelles Fräsmodell in Betracht ziehen, dann ist es zunächst wichtig, auf die Art der Welle zu achten. Im Durchschnitt wird es mit einem Durchmesser von 5 mm verbaut. In diesem Fall muss sich der Stator im Becher über dem Rotor befinden und der Wicklungsstrom selbst muss 2 A betragen. Für einen stabileren Betrieb des Motors werden Magnetkreise mit hoher Leitfähigkeit verwendet.

Außerdem sollten Sie vor dem Kauf die Induktivität der Wicklung bewerten. Der angegebene Parameter für Motoren schwankt um 6 mH. In diesem Fall müssen die Treiber für die Geräte bipolar sein. Im Durchschnitt kostet ein Schrittmotor für eine CNC-Maschine etwa 3000 Rubel.

Antriebsmodelle

Wie wählt man einen Schrittmotor für einen CNC-Antrieb aus? In diesem Fall bevorzugen viele Verbraucher zweiphasige Modifikationen. Ihre Statoren sind meistens gezahnt. Durch die Art des Rotors sind die Modelle recht unterschiedlich. Sie werden oft aus Chargenstahl hergestellt. Der durchschnittliche Schaftdurchmesser beträgt 5,5 mm. Die Aktuatormodelle haben einen Schrittwinkel von 1,2 Grad. Der Wicklungsstrom sollte in diesem Fall mindestens 3 A betragen. Wenn wir einphasige Modifikationen berücksichtigen, ist der Treiber für Motoren für einen unipolaren Typ geeignet.

Der Wicklungswiderstand schwankt im Mittel um 5 Ohm. Es ist auch wichtig, auf die Schwellenspannung der Motoren zu achten. Dieser Parameter, überschreitet in der Regel 6 V nicht. Es gibt jedoch leistungsstärkere Modelle auf dem Markt. Ihre maximale Wicklungsinduktivität beträgt 10 mH. In diesem Fall liegt die Stromüberlastungsanzeige bei 4 A. Ein hochwertiger Schrittmotor für den Antrieb kostet etwa 4500 Rubel.

Druckermotoren

Die Wahl eines Schrittmotors für einen CNC-Drucker wird nur unter den dreiphasigen Modifikationen getroffen. Es ist zweckmäßiger, Statoren auszuwählen gezahnter Typ... Magnetkerne müssen eine hohe Stromleitfähigkeit aufweisen. Dank ihnen nimmt der Motor sanft Fahrt auf. Wenn wir über Parameter sprechen, beträgt das Haltemoment der Modifikationen für Drucker durchschnittlich 4 kg / cm. Die Schwellenspannung selbst schwankt um 10 V.

Die Mindestwicklungsinduktivität muss 8,5 mH betragen. Der Schrittwinkel des Geräts sollte 1,3 Grad betragen. Die Magnete in den vorgestellten Modifikationen werden häufig als Permanentmagnete verwendet und haben eine zylindrische Form. Geräte hängt von der Art des Rotors ab. Für unipolare Treiber sind Modelle auf dem Markt ziemlich selten. Besorgen guter Motor für einen Drucker ist der Benutzer zu einem Preis von 3 Tausend Rubel in der Lage.

Modifikationen des Laserschneiders

So wählen Sie einen Motor für Viele Experten in dieser Situation bevorzugen Modelle mit 10 V. Meistens werden sie mit Statoren vom Getriebetyp hergestellt. Ihre magnetischen Leiter haben eine ziemlich hohe Leitfähigkeit. Rotoren direkt in Motoren befinden sich in speziellen Schalen. Bipolare Modifikationen sind auf dem Markt selten.

Im Durchschnitt überschreitet der Schrittwinkel bei Modellen 2 Grad nicht. Die maximale Strombelastung des Gerätes wird auf einem Niveau von 5 A gehalten. Die maximale Induktivität der Wicklung hängt von der Anzahl der Schritte pro Umdrehung ab. Der Wellendurchmesser im Motor muss 5,5 mm betragen. Heute hochwertige Geräte für Schneider werden zu einem Preis von 4 Tausend Rubel verkauft.

Einphasige Modifikationen

Einphasige Modelle eignen sich am besten für ihren durchschnittlichen Schrittwinkel von 2,5 Grad. Die maximale Induktivität des Gerätes wird bei 7 mH gehalten. In Bezug auf die Anzahl der Schritte pro Umdrehung sind die Modelle recht unterschiedlich. Es gibt viele 5- und 10-V-Modifikationen auf dem Markt. Verhältnis sie haben ungefähr 1:54.

Zweipolige Ausführungen zeichnen sich durch eine hohe Stromleitfähigkeit aus. Rotoren werden meistens aus Chargenstahl installiert. Tassen für sie werden mit unterschiedlich langen Vorsprüngen hergestellt. Sie können einen Satz von 5-V-CNC-Schrittmotoren im Handel für 4500 Rubel kaufen.

Zweiphasige Geräte

Der Zweiphasenmotor funktioniert gut für Drucker. In Bezug auf die Leistung sind die Modelle recht unterschiedlich. Modifikationen für unipolare Treiber zeichnen sich durch ihre erhöhte Stromleitfähigkeit aus. Ihre Schwellenspannungsanzeige beträgt im Durchschnitt 5 V. Der Rotor befindet sich normalerweise im Becher. Die Wellen der Modelle sind mit einem Durchmesser von 5 mm verbaut. Der Schrittwinkel in den vorgestellten Konfigurationen überschreitet 2 Grad nicht.

Der Wicklungsstrom beträgt in diesem Fall 4,5 A. Das Haltemoment des Motors hängt direkt vom Magnetkreis ab. Wenn wir Modelle mit einer Hochspannungswicklung betrachten, beträgt dieser Parameter durchschnittlich 3 kg / cm. Das Übersetzungsverhältnis der Geräte überschreitet 1:60 nicht. Der Wicklungswiderstand beträgt durchschnittlich 8 Ohm. Am Stator sind in den vorgestellten Modifikationen vier Ausgänge zum Anschluss vorgesehen. Die Schrittmotorsteuerung für CNC ist nur in bipolarer Ausführung zu finden. Eine gute zweiphasige Modifikation kostet etwa 5 Tausend Rubel.

Dreiphasenmodelle

Der Drehstrommotor wird häufig für Linearantriebe verwendet. Seine Schwellenspannungsanzeige schwankt um 5 V. Modifikationen mit Getriebestatoren sind auf dem Markt häufig anzutreffen. Die Magnetkerne dieser Modelle haben einen Indikator für die Stromleitfähigkeit von 6 Mikrometern. Rotoren bestehen in der Regel aus Einsatzstahl. Der Schrittwinkel der Modelle überschreitet 2,4 Grad nicht. Das Haltemoment hängt dabei von der Leitfähigkeit des Magnetkreises ab. Im Durchschnitt schwankt dieser Parameter um 4 kg / cm.

Die Übersetzung der Modelle beträgt 1:63. In Bezug auf den Widerstandsparameter der Wicklungen sind die Geräte sehr unterschiedlich. Die Mindestinduktivität der Motoren beträgt 8,5 mH. Gefertigt werden Geräte mit vier und sechs Ausgängen. Sie können eine dreiphasige Modifikation auf dem Markt für nur 5 Tausend Rubel kaufen.

Motoren mit ULN2003-Treiber

Schrittmotor für CNC dieser Art für seinen Rotor verwendet wird, besteht aus Chargenstahl. Der Rotortopf selbst ist mit einem hohen Überstand gefertigt. Der Magnetkreis ist mit einer Stromleitfähigkeit von 4 µm eingebaut. Der Stator in der Vorrichtung ist ein Zahnradtyp und darauf ist eine Niederspannungswicklung vorgesehen. Der Schrittwinkel beträgt in diesem Fall 2,3 Grad. Es gibt viele Modifikationen des zweiphasigen Typs auf dem Markt. Ihr Wicklungswiderstandsindex überschreitet 8 Ohm nicht. Der minimale Induktivitätsparameter beträgt 10 mH. Sie können ein Modell dieses Typs für 3500 Rubel kaufen.

5V Modifikationen

5V CNC-Schrittmotor kann mit unipolarem und bipolarem Treiber hergestellt werden. In Geräten werden verschiedene Magnetkreise verwendet. Ihr aktueller Leitfähigkeitsindex beträgt im Durchschnitt 5,5 Mikrometer. Die Statorbecher werden meistens mit Vorsprüngen hergestellt. Somit nimmt die Welle die Geschwindigkeit sanft auf. Der Schrittwinkel der Modelle überschreitet im Durchschnitt 1,2 Grad nicht.

Der Grenzstrom der Wicklung des Geräts wird auf einem Niveau von 6 A gehalten. Der Index des Haltemoments der Motoren beträgt durchschnittlich 2 kg / cm. In diesem Fall darf die Mindestinduktivität der Wicklung 6 mH nicht überschreiten. Es gibt einen guten Schrittmotor für CNC für 5 im Bereich von 4200 Rubel.

10V-Motoren

Für Drucker, die mit unipolaren Treibern laufen, wird oft ein 10V-CNC-Schrittmotor ausgewählt. In diesem Fall gibt es vier Pins in den Geräten. Die Gleichstromleitfähigkeit schwankt um 6 Mikrometer. Der maximale Schrittwinkel bei den Geräten beträgt 2,5 Grad. Die Wicklungsinduktivität beträgt mindestens 8 mH.

Es sollte auch beachtet werden, dass die vorgestellten Konfigurationen auf die Arbeit mit Linearaktuatoren angewendet werden können. Statoren in Geräten sind vom Bechertyp. Nur Permanentmagnete sind geeignet. Sie haben eine zylindrische Form. Das Haltemoment von Motoren bei 10 V beträgt durchschnittlich 4,5 kg / cm. Kaufen gutes Modell für einen Drucker in Fachgeschäften zum Preis von 5000 Rubel.