Лазерные станки
и комплектующие
Звонки: Пн-Вс
Склад: Пн-Пт
С 8:00 до 20:00
Лазерные станки
и комплектующие
Звонки: Пн-Вс
Склад: Пн-Пт
С 8:00 до 20:00

Шаговые двигатели для лазерного станка с ЧПУ: критерии подбора и расчеты

Шаговые двигатели для лазерного станка с ЧПУ: критерии подбора и расчеты
Шаговые двигатели для <a title="Лазерные станки с ЧПУ" href="/oborudovanie/">лазерного станка с ЧПУ</a>: критерии подбора и расчеты
<p>
    Шаговые двигатели применяют для обеспечения управляемого движения рабочего инструмента – лазерной головы. От работы шагового двигателя зависит точность перемещения лазерной головы и, следовательно, точность обработки материала.
</p>
<p>
    Конструкция двигателя включает ротор (вращающуюся часть) и статор (неподвижную часть). На статоре установлены электромагниты, с которыми взаимодействуют части ротора, изготовленные из магнитотвердого или магнитомягкого материала. Ротор вращается дискретно, то есть шагами, и совершает несколько шагов за полный оборот. Он приводится в движение при последовательной подаче тока на обмотки. Под действием электрического импульса ротор поворачивается на заданный угол, то есть совершает шаг. Скорость и направление вращения ротора, а также количество его оборотов можно регулировать, изменяя форму сигнала, длительность и количество импульсов, фазовый сдвиг.
</p>
<h3>Классификация шаговых двигателей в зависимости от ротора</h3>
<ul>
    <li><b>Двигатели с постоянными магнитами</b> на роторе, выполненном из магнитотвердого материала. Число полных шагов в одном обороте двигателя определяется количеством постоянных магнитов на роторе и электромагнитов на статоре. Один оборот может включать от 4 до 48 шагов с углом от 7,5° до 90 °.</li>
    <li><b>Реактивные двигатели. </b> Ротор такого двигателя имеет форму звезды с множеством зубцов. Он изготовлен из магнитомягкого материала, и на нем отсутствуют постоянные магниты. Число полных шагов в одном обороте реактивного двигателя определяется количеством зубцов на роторе и электромагнитов на статоре. В одном обороте может быть от 24 до 72 шагов, один шаг может оставлять от 5° до 15°. </li>
    <li><b>Гибридные двигатели. </b> Роторы гибридных двигателей изготовлены из магнитотвердого материала в форме звезды с множеством зубцов. Количество полных шагов в одном обороте гибридного двигателя обусловлено числом постоянных магнитов на звезде ротора и электромагнитов на статоре. В одном обороте может быть до 400 шагов с углом от 0,9°.</li>
</ul>
<p>
    <b>По типу обмоток статора выделяют:</b>
</p>
<ul>
    <li><b>Биполярные двигатели </b> имеют 2 обмотки и 4 вывода. Эти модели чаще всего используют в станках с ЧПУ. К преимуществам этих двигателей относятся высокое удельное сопротивление на малых оборотах и простота выбора нового драйвера при поломке имеющегося. </li>
    <li><b>Униполярные двигатели </b> с 5 выводами имеют 2 обмотки, центральные точки которых соединены и являются пятым общим выводом. </li>
    <li><b>6-выводные двигатели</b> имеют две обмотки с тремя выводами, не соединенные между собой. Если не использовать центральные выводы, то двигатель будет работать как биполярный. Чтобы двигатель работал как униполярный, центральные выводы необходимо соединить и подключить к GND. </li>
    <li><b>8-выводные двигатели</b> имеют 4 обмотки. Их можно использовать как биполярные и как униполярные. </li>
</ul>
<p>
    <b>Двухфазные и трехфазные шаговые двигатели:</b>
</p>
<p>
    Двухфазные модели отличаются меньшей стоимостью, большей простотой и надежностью, их можно использовать с большинством драйверов для станков ЧПУ. Трехфазные модели имеют большее, чем у двухфазных, количество зубьев, что обеспечивает им меньший угловой шаг и, соответственно, большую плавность хода и более высокую точность Трехфазные двигатели используют при необходимости обеспечить высокую скорость вращения.
</p>
<h3>Критерии подбора шагового двигателя </h3>
<p>
    <b>Индуктивность:</b>
</p>
<p>
    Для подбора шагового двигателя по критерию индуктивности применяется формула Marris Friemannis, который эмпирическим путем вывел коэффициент 32 для вычисления максимального напряжения питания двигателя.
</p>
<p>
    Мощность двигателя увеличивается пропорционально напряжению питания. Потери вследствие возникновения вихревых токов в корпусе двигателя увеличиваются пропорционально квадрату приложенного напряжения.
</p>
<p>
    Вихревые токи индуцирует пульсация тока, которая прямо пропорциональна напряжению питания, а также обратно пропорциональна индуктивности двигателя. Индуцированные вихревые токи приводят к выделению тепла в ламелях шагового двигателя, пропорционально их сопротивлению. Двигатель нагревается пропорционально квадратному корню из индуктивности.
</p>
<p>
    Согласно формулы Marris Friemannis необходимо извлечь квадратный корень из индуктивности обмотки и результат умножить на 32. Затем полученный результат нужно сравнить с напряжением источника питания для драйвера. Данные параметры не должны сильно различаться.
</p>
<p>
    Если напряжение питания больше, чем вычисленное значение на 30% и выше, то двигатель будет нагреваться и шуметь. Если напряжение питания будет меньше, чем полученное значение, то крутящий момент будет быстро падать с ростом скорости. При большой индуктивности появляется потенциальная возможность для большего крутящего момента, но при этом нужен драйвер с большим напряжением питания.
</p>
<p>
    <b>Кривая зависимости крутящего момента от скорости</b>
</p>
<p>
    Дает возможность понять, соответствует ли двигатель условиям, установленным в техзадании.
</p>
<p>
    <b>Геометрические параметры:</b> диаметр вала, длина двигателя, фланец.
</p>
<p>
    <b>Важно также принять во внимание следующие показатели: </b>
</p>
номинальный ток в фазе;<br>
момент инерции ротора; <br>
максимальный статический синхронизирующий момент; <br>
омическое сопротивление фаз.
<h3>Примеры расчетов шаговых двигателей</h3>
<p>
    Для примера допустим, что коэффициент трения равен 0,2, сила резания – 3000 H, вес стола – 100 кгс, необходимое ускорение – 2 м/с2, вес детали – 300 кгс.
</p>
<p>
    <b>Расчет силы трения</b>
</p>
<p>
    На силу трения в направляющих влияют используемые материалы. Умножаем коэффициент трения на вес движущейся системы. <br>
     0,2 х 9,81 (100 кгс + 300 кгс) = 785 Н
</p>
<p>
    <b>Расчет силы инерции</b>
</p>
<p>
    Следует умножить вес стола с находящейся на нем деталью на ускорение. <br>
     (100 + 300) х 2 = 800 H
</p>
<p>
    <b>Расчет полной силы сопротивления</b>
</p>
<p>
    Необходимо вычислить сумму сил трения, инерции и резания. <br>
     785 + 800 + 3000 = 4585 H
</p>
<p>
    Силу сопротивления должен развивать привод стола на гайке шариковой винтовой передачи.
</p>
<p>
    <b>Расчет мощности</b>
</p>
<p>
    Для определения мощности шагового двигателя применяется формула: <br>
<b>F = ma</b>, где: <br>
     F – сила в ньютонах, требующаяся для приведения тела в движение; <br>
     m – масса тела, кг; <br>
     a – необходимое ускорение, м/с2;
</p>
<p>
    Для расчета механической мощности следует умножить силу сопротивления движения на скорость.
</p>
<p>
    Данные формулы не учитывают инерцию вала и прочих вращающихся механизмов. Для большей точности расчетов следует увеличить либо уменьшить требования по ускорению на 10%.
</p>
<p>
    Для вычисления мощности можно воспользоваться калькулятором.
</p>
<p>
    <b>Вычисление редукции оборотов</b>
</p>
<p>
    Редукция оборотов вычисляется исходя из номинальных оборотов сервопривода и максимальной скорости перемещения стола. Представим, что скорость перемещения равна 1000 мм/мин, шаг винта шариковой винтовой передачи равен 10 мм, номинальные обороты сервопривода составляют 5000 об/мин. <br>
     Скорость вращения винта ШВП составляет (1000 / 10) = 100 об/мин. <br>
     Редукция составляет (5000 / 100) = 50
</p>
0
Корзина
Ваша корзина пуста
Выберите в каталоге интересующий товар и добавьте его «В корзину».