Мощность приводов для фрезерного станка

Какой двигатель выбрать для фрезерного станка ЧПУ?

Двигатель фрезерного станка обеспечивает перемещение портала и шпинделя по осям X,Y,Z.

Существует три типа двигателя: шаговый, гибридный (сервошаговый) и серводвигатель. Основное отличие этих двигателей в точности, скорости и мощности.

Чтобы понять какой двигатель подойдет для вашего будущего станка разберем подробно принцип работы каждого.

Шаговый двигатель:

Шаговые двигатели — это бесщеточные двигатели постоянного тока, названные в честь того, как они работают — они делают шаги. Шаговые двигатели в системах ЧПУ часто работают в режиме управления с разомкнутым контуром, это означает, что от двигателя нет обратной связи. Мы сообщаем двигателю, куда ему двигаться, и, учитывая, что двигатель не заблокирован и хорошо подходит для выполнения задачи (достаточно мощности), он переместится в заданную позицию.

Большинство шаговых двигателей, которые вы увидите при использовании с ЧПУ, имеют 200 шагов на оборот. Это означает, что для каждого полного оборота на 360 градусов (один полный оборот вала двигателя) потребуется 200 шагов.

Имея эти данные мы понимаем, что если мы сделаем 100 шагов, мы повернем вал на 180 градусов. Это идеально подходит для работы с ЧПУ, потому что мы знаем, что, если мы отправим ему определенное количество шагов, он будет поворачиваться на то точное количество, которое мы хотим.

Для еще более высокой точности работы шаговый двигатель способен совершать микрошаги (микро-степпинг).

Шаговый двигатель, который поддерживает 10-кратный микро-степпинг может совершать 2000 шагов на оборот 360 градусов.

Шаговый двигатель при правильной настройке может долго служить вам, особенно, если учесть, что он самый доступный по цене.

Сервошаговые (гибридные):

Двигатели следующего поколения после шаговых, более мощные и скоростные.

имеют обратную связь по скорости и позиции;

управляются как полноценные серводвигатели;

имеют высокий крутящий момент;

мало нагреваются и вибрируют;

плавно и относительно тихо работают;

при отключении питания сохраняет все последние координаты и точки.

Сервошаговый двигатель — компромисс по цене и качеству. Выбирая станок, под более серьезные задачи, обратите внимание на этот двигатель.

Серводвигатели:

Серводвигатели — типичные электродвигатели, которые работают при подаче напряжения. Для работы на фрезерных станках ЧПУ к серводвигателями добавляются кодеры.

Кодер на двигателе обеспечивает обратную связь и позволяет нам узнать, насколько двигатель продвинулся или вообще не двигался.

Шаговые двигатели могут заклинивать в течение миллисекунды в результате сил, создаваемых станками ЧПУ, что может вызывать пропуск шагов. В итоге шаговый двигатель блокируется и не может принять необходимые меры для исправления ситуации, тогда как компьютер не знает, что произошло и продолжает работу.

При пропуске шагов обрабатываемая деталь может быть неточной, т.к. машина теряет точность, когда движение не может завершиться. Этого не происходит с сервоприводами, поскольку кодер всегда имеет обратную связь со своим приводом и знает когда он заклинивает.

Какой же двигатель мне выбрать для работы с ЧПУ?

Каждый фрезерный станок с ЧПУ имеет свои преимущества. Как правило, любители ЧПУ используют шаговые двигатели, так как они намного дешевле. Если их правильно подобрать и настроить они будут проделывать фантастическую работу и будут долго служить вам.

Более серьезные промышленные фрезерные станки с ЧПУ, которые намного крупнее, тяжелее и требуют более жестких допусков, лучше всего оснащать сервошаговыми или серводвигателями, т.к. они гораздо мощнее и быстрее. Такие приводы вне всякого сомнения гарантируют четкую стабильную работу для вашего производства.

Нужна помощь в выборе двигателя для вашего станка?

Оставьте заявку, инженер свяжется с вами в течение 10ти минут.

Источник

Приводы Фрезерных Станков с ЧПУ

Приводы фрезерных станков с ЧПУ классифицируются по назначению и принципу работы (основные признаки), по типам двигателей, видам схем управления, месту установки и дополнительным признакам.

Привод шпинделя фрезерного станка

Одно из движений, осуществляемых в процессе резания и требующее основные энергетические затраты, называют главным. Привод, реализующий это движение, называется приводом главного движения, у фрезерного станка это привод шпинделя.

Привод подач фрезерного станка

Движения, осуществляемые в процессе резания, служащие для взаимного перемещения инструмента и заготовки и требующие меньших (по сравнению с главным движением) затрат энергии, называются движениями подачи. Приводы, реализующие эти движения, называются приводами подачи фрезерного станка. В сверлильных станках например главным движением является вращение сверла, а движением подачи – перемещение пиноли.

Приводы вспомогательных механизмов

Приводы фрезерного станка с чпу, реализующие движения, имеющие вспомогательный характер (например, в зажимных приспособлениях, загрузочных устройствах, насосах и т. д.), называются приводами вспомогательных механизмов.

Приводы по принципу работы бывают электрические, электромеханические, гидравлические и электрогидравлические.

Приводы вспомогательных механизмов

Электрическим приводом фрезерного станка с чпу называется устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую и управляющее параметрами сформированного при этом движения. Основным элементом электропривода является электрический двигатель, в котором и происходит преобразование энергии. Управление параметрами движения осуществляют с помощью преобразователя основного управляющего параметра, датчика обратной связи, задающего устройства, устройства защиты и т. д.

Вообще, в настоящий момент можно выделить несколько типов электроприводов для станочного оборудования:

• частотно- регулируемый электропривод с асинхронным двигателем;
• вентильный сервопривод (синхронный двигатель на постоянных магнитах со специализированным частотным преобразователем);
• шаговый электропривод с электрическим дроблением шага.

Преобразователи являются звеньями системы электропривода, в которых происходит изменение параметров тока или напряжения, т. е. преобразователь трансформирует электрическую энергию с одними параметрами в электрическую энергию с другими параметрами. Так, у преобразователя переменного тока в постоянный на входе переменный ток, а на выходе постоянный.

Шаговые двигатели в приводах станков с ЧПУ используются чаще всего в комплекте с гидроусилителем момента. Достоинством шагового электропривода является отсутствие обратной связи по пути, что упрощает систему управления в целом, но при этом снижает надежность привода.

В практике создания и эксплуатации станков с ЧПУ находят применение также силовые шаговые двигатели, не требующие промежуточного гидроусилителя, всевозможные линейные электроприводы, в том числе шаговые.

Наряду с электродвигателем и преобразователем в состав привода входят и механические передачи.

Механическая передача — часть системы привода, заключенная между выходным звеном источника движения (например, выходным валом электродвигателя или штоком гидроцилиндра) и звеном потребления механической энергии и предназначенная для кинематического преобразования движения на этом пути. Под кинематическим преобразованием понимают изменение направления усилия и скорости при линейном перемещении или изменение плоскости поворота при вращательном движении.

Основные функции механических передач: распределение энергии (от одного источника движения) между различными звеньями ее потребления; совмещение энергии, поступающей от различных источников движения, и подведение ее к одному звену потребления; понижение или повышение скорости при одновременном повышении или понижении усилий или вращающих моментов; ограничение скорости или вращающего момента; регулирование скорости; преобразование вида движения (вращательного в поступательное); изменение направления оси вращения и т. д.

В перспективе механические передачи в приводе станков будут играть менее значительную роль, так как их функции можно будет реализовывать с помощью электрических или гидроэлектрических устройств. Однако в настоящее время, несмотря на переход к электрическим способам управления движениями, механические передачи находят применение в станках с ЧПУ, что объясняется их простотой и надежностью.

Для передачи вращательного движения фрезерного станка с чпу используют ременные, зубчатые и червячные передачи, а для преобразования вращательного движения в поступательное – зубчато-реечные и винтовые.

В большинстве приводов фрезерных станков с ЧПУ для преобразования вращательного движения в поступательное применяют передачу «винт-гайка качения» (рис. 1). В корпусе передачи, помимо гайки, помещены шарики, которые перемещаются между гайкой и винтом по замкнутому контуру и позволяют затянуть гайку так, чтобы исключить зазор в передаче. Затягивание при отсутствии шариков создало бы силу трения, препятствующую повороту винта.

Рис. 1. Передача винт-гайка качения фрезерного станка: а – шарико-винтовая пара; б — ролико-винтовая пара.

Источник

Подбор и расчет шаговых двигателей для ЧПУ

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

Как выбрать шаговый двигатель для ЧПУ: критерии

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

Тип двигателя

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

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

Примеры расчетов шаговых двигателей для ЧПУ

Определяем силы, действующие в системе

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

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

Рассчитываем мощность

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

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

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

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

Рассчитываем редукцию оборотов

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

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

Классификация шаговых двигателей для ЧПУ

Советские модели

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

Параметр	ДШИ-200-2	ДШИ-200-3
Потребляемая мощность	11.8 Вт	16.7 Вт
Погрешность обработки шага	3%	3%
Максимальный статический момент	0.46 нт	0.84 нт
Максимальная чистота приемистости	1 000 Гц	1 000 Гц
Напряжение питания	30 В	30 В
Ток питания в фазе	1.5 А	1.5 А
Единичный шаг	1.8 град	1.8 град
Масса	0.54 кг	0.91 кг

При выборе следует обратить внимание на наличие индекса ОС. Это особая серия с военной приемкой. Имеет более высокое качество исполнения, чем обычные модели.

Китайские модели

Примеры китайских шаговых двигателей для ЧПУ и их характеристики представлены ниже.

Параметр	Модель
	JKM Nema 17 42mm Hybrid Stepper Motor	JK42HS48-2504	JK42HS40-1704
Длина, мм	48	40	34
Ток питания в фазе, А	2.5	1.7	1.33
Единичный шаг (угловое перемещение), град	1.8	1.8	1.8
Масса, кг	0.34	0.32	0.22

Биполярные шаговые двигатели для ЧПУ от CNC Technology

Параметр	Модель
	86HS156-5004	57HS76-3004	42HS48-1704A
Ток питания в фазе, А	5	3	1.7
Единичный шаг (угловое перемещение), град	1.8	1.8	1.8
Индуктивность, мГн	6	3.5	2.8
Диаметр вала	14	8	5

Зная критерии выбора и ориентируясь в предложениях по шаговым двигателям на рынке можно подобрать подходящую модель для станка ЧПУ. Главное – покупать у проверенных поставщиков.

3 причины купить шаговый двигатель для ЧПУ в компании CNC Technology

1. Двигатели от надежных производителей, эти же двигатели мы используем в наших станках.
2. Всегда в наличии на складе.
3. Комплексность: в нашем каталоге можно подобрать не только ШД, но и драйверы, датчики, соединительные муфты и другие комплектующие.

Получить консультацию по выбору шагового двигателя можно по телефону 8 (800) 350 33 60.

Источник