Kai pradedate įdomų projektą – nesvarbu, ar tai būtų tikslios ir be klaidų veikiančios stalinės CNC staklės, ar sklandžiai judančios robotinės rankos kūrimas – tinkamų pagrindinių galios komponentų pasirinkimas dažnai yra raktas į sėkmę. Tarp daugybės vykdymo komponentų mikrožingsniniai varikliai tapo pageidaujamu gamintojų, inžinierių ir gamintojų pasirinkimu dėl tikslaus atviros grandinės valdymo, puikaus sukimo momento išlaikymo ir santykinai mažos kainos.
Tačiau, susidūrus su daugybe modelių ir sudėtingų parametrų, kaip išsirinkti tinkamiausią mikrožingsninį variklį savo robotui ar CNC staklėms? Netinkamo varianto pasirinkimas gali lemti nekokybišką tikslumą, nepakankamą galią ar net projekto žlugimą. Šis vadovas bus jūsų galutinis pasirinkimo vadovas, padėsiantis jums žingsnis po žingsnio išsiaiškinti visus pagrindinius veiksnius ir priimti išmintingus sprendimus.
1 veiksmas: supraskite pagrindinius reikalavimus – esminį skirtumą tarp robotų ir CNC
Prieš nagrinėdami bet kokius parametrus, turite išsiaiškinti pagrindinius variklio taikymo scenarijaus reikalavimus.
Robotų projektai (pvz., robotinės rankos, mobilūs robotai):
Pagrindiniai reikalavimai: dinaminis atsakas, svoris, dydis ir efektyvumas. Robotų jungtys reikalauja dažno paleidimo ir stabdymo, kintamo greičio ir krypties keitimo, o variklio svoris tiesiogiai veikia bendrą apkrovą ir energijos suvartojimą.
Pagrindiniai rodikliai: daugiau dėmesio skirkite sukimo momento greičio kreivei (ypač vidutinio ir didelio greičio sukimo momentui) ir galios bei svorio santykiui.
CNC staklės (pvz., 3 ašių graviravimo staklės, lazerinio pjovimo staklės):
Pagrindiniai reikalavimai: trauka, sklandus veikimas, sukimo momento išlaikymas ir tikslumas. CNC staklės pjovimo ar graviravimo metu turi įveikti didžiulį pasipriešinimą, išlaikyti sklandų judėjimą, kad būtų išvengta vibracijos, ir tiksliai pozicionuoti.
Pagrindiniai rodikliai: daugiau dėmesio skirti sukimo momento palaikymui esant mažam greičiui, mikrožingsnių skiriamajai gebai vibracijai sumažinti ir variklio standumui.
Šio esminio skirtumo supratimas yra visų vėlesnių atrankos sprendimų pagrindas.
2 veiksmas: penkių pagrindinių mikrožingsninių variklių parametrų aiškinimas
Čia pateikiami penki pagrindiniai parametrai, į kuriuos turite atkreipti dėmesį duomenų vadove.
1. Dydis ir sukimo momentas – tvirtumo pagrindas
Dydis (bazinis mašinos numeris): paprastai išreiškiamas milimetrais (pvz., NEMA 11, 17, 23). NEMA standartas apibrėžia variklių montavimo matmenis, o ne jų našumą. NEMA 17 yra populiariausias dydis staliniams robotams ir CNC, užtikrinantis gerą dydžio ir sukimo momento pusiausvyrą. Mažesnis NEMA 11/14 tinka mažos apkrovos robotų jungtims; didesnis NEMA 23 tinka didelėms CNC staklėms.
Išlaikyti sukimo momentą: Matavimo vienetas yra N · cm arba Oz · in. Tai maksimalus sukimo momentas, kurį variklis gali generuoti, kai yra įjungtas, bet nesisuka. Tai svarbiausias rodiklis matuojant variklio stiprumą. CNC staklėms reikalingas pakankamas laikymo sukimo momentas, kad būtų galima atsispirti pjovimo jėgoms; robotams būtina apskaičiuoti maksimalų jungtims reikalingą sukimo momentą.
Kaip įvertinti reikiamą sukimo momentą?
CNC staklėms apytikslė taisyklė yra tokia: reikalingas sukimo momentas, galintis užtikrinti bent 20–30 N (maždaug 2–3 kilogramus) ašinę stūmą. Tai reikia konvertuoti per sraigto eigą ir efektyvumą. Robotams reikalingi sudėtingi dinaminiai skaičiavimai, pagrįsti rankos ilgiu, krovinio svoriu ir pagreičiu. Būtinai palikite 30–50 % sukimo momento atsargą, kad būtų galima susidoroti su tokiais neapibrėžtais veiksniais kaip trintis ir inercija.
2.Žingsnio kampas ir tikslumas – žingsnio esmė
Žingsnio kampas: pvz., 1,8° arba 0,9°. 1,8° variklis apsisuka kas 200 žingsnių, o 0,9° varikliui reikia 400 žingsnių. Kuo mažesnis žingsnio kampas, tuo didesnis variklio tikslumas. 0,9° variklis paprastai veikia sklandžiau, kai veikia mažu greičiu.
3. Srovė ir įtampa – vairuotojų suderinimas
Fazės srovė: matavimo vienetas yra amperas (A). Tai maksimali vardinė srovė, kurią gali atlaikyti kiekviena variklio fazės apvija. Šis parametras tiesiogiai lemia, kurį pavaros keitiklį pasirinkti. Pavaros įrenginio išėjimo srovės pajėgumas turi atitikti variklį.
Įtampa: Varikliai paprastai įvertinami pagal jų vardinę įtampą, tačiau faktinė darbinė įtampa gali būti daug didesnė (nustatoma vairuotojo). Didesnė įtampa padeda pagerinti variklio veikimą dideliu greičiu.
4. Induktyvumas ir didelės spartos veikimas – pagrindiniai veiksniai, į kuriuos lengva nekreipti dėmesio
Induktyvumas yra pagrindinis veiksnys, turintis įtakos variklio sukimo momentui esant dideliam greičiui. Mažo induktyvumo varikliai gali greičiau užmegzti srovę, todėl pasiekia geresnį našumą esant dideliam greičiui. Jei jūsų roboto jungtys turi greitai suktis arba jei jūsų CNC staklės nori padidinti padavimo greitį, pirmenybę turėtumėte teikti modeliams su mažu induktyvumu.
5. Veleno tipas ir išėjimo linijos metodas – mechaninio sujungimo detalės
Velenų tipai: optinė ašis, vienas plokščias velenas, dvigubas plokščias velenas, krumpliaračio velenas. D tipo apipjaustymas (vienas plokščias velenas) yra labiausiai paplitęs ir gali veiksmingai užkirsti kelią movos slydimui.
Išeinantis metodas: Tiesioginis išėjimas arba įkišamas. Įkišamas metodas (pvz., 4 arba 6 kontaktų aviacijos galvutė) yra patogus montavimui ir priežiūrai, be to, tai profesionalesnis pasirinkimas.
3 žingsnis: Nepakeičiamas partneris – kaip išsirinkti žingsninio variklio tvarkyklę
Pats variklis negali veikti ir turi būti suporuotas su žingsninio variklio valdikliu. Valdymo kokybė tiesiogiai lemia galutinį sistemos našumą.
Mikrožingsnis: Padalinkite visą žingsnį į kelis mikrožingsnius (pvz., 16, 32, 256 mikrožingsnius). Pagrindinė mikrožingsnių funkcija – užtikrinti itin sklandų variklio judėjimą, gerokai sumažinant vibraciją ir triukšmą, o tai yra labai svarbu CNC staklių paviršiaus kokybei.
Srovės valdymas: „Puikūs“ valdikliai turi automatinę pusės srovės funkciją. Automatiškai sumažina srovę, kai variklis nejuda, taip sumažindami šilumos susidarymą ir energijos suvartojimą.
Įprasti tvarkyklės lustai / moduliai:
Pradinis lygis: A4988 – maža kaina, tinka paprastiems robotų projektams.
Pagrindinis pasirinkimas: TMC2208/TMC2209 – palaiko tylų važiavimą („StealthShop“ režimas), veikia itin tyliai, puikiai tinka CNC staklėms ir turi pažangesnes valdymo funkcijas.
Didelis našumas: DRV8825/TB6600 – užtikrina didesnės srovės ir įtampos palaikymą, tinka taikymams, kuriems reikalingas didesnis sukimo momentas.
Atminkite: Geras vairuotojas gali maksimaliai išnaudoti variklio potencialą.
4 žingsnis: Praktinis atrankos procesas ir dažnos klaidingos nuomonės
Keturių žingsnių atrankos metodas:
Apibrėžkite apkrovą: Aiškiai apibrėžkite maksimalų svorį, reikiamą pagreitį ir greitį, kuriuo jūsų mašina turi judėti.
Apskaičiuokite sukimo momentą: Norėdami įvertinti reikiamą sukimo momentą, naudokite internetinę sukimo momento skaičiuoklę arba mechaninę formulę.
Preliminarus variklių pasirinkimas: Pasirinkite 2–3 kandidatų modelius pagal sukimo momento ir dydžio reikalavimus ir palyginkite jų sukimo momento greičio kreives.
Rungtynių vairuotojas: Pasirinkite tinkamą valdymo modulį ir maitinimo šaltinį pagal variklio fazės srovę ir reikiamas funkcijas (pvz., nutildymą, aukštą padalijimą).
Dažni klaidingi įsitikinimai (vadovas, kaip išvengti duobių):
1 klaidinga nuomonė: Kuo didesnis sukimo momentas, tuo geriau. Per didelis sukimo momentas reiškia didesnius variklius, didesnį svorį ir didesnes energijos sąnaudas, o tai ypač kenkia robotų jungtims.
2 klaidingas supratimas:Sutelkite dėmesį tik į sukimo momento palaikymą ir nekreipkite dėmesio į didelio greičio sukimo momentą. Variklis turi didelį sukimo momentą esant mažam greičiui, tačiau didėjant greičiui, sukimo momentas mažėja. Būtinai patikrinkite sukimo momento greičio kreivės diagramą.
3 klaidinga nuomonė: Nepakankamas maitinimas. Maitinimo šaltinis yra sistemos energijos šaltinis. Silpnas maitinimo šaltinis negali užtikrinti variklio pilno veikimo. Maitinimo įtampa turi būti bent jau vardinės pavaros įtampos vidurio taške, o srovės pajėgumas turi būti didesnis nei 60 % visų variklio fazių srovių sumos.
5 veiksmas: Išplėstiniai svarstymai – kada reikia apsvarstyti uždarojo ciklo sistemas?
Tradiciniai žingsniniai varikliai yra valdomi atvirąja kilpa, ir jei apkrova yra per didelė ir variklis „praranda žingsnį“, valdiklis to negali pastebėti. Tai yra lemtingas trūkumas tose srityse, kurioms reikalingas 100 % patikimumas, pavyzdžiui, komercinės klasės CNC apdirbimo staklėse.
Uždaros grandinės žingsninis variklis turi integruotą kodavimo įrenginį variklio gale, kuris gali realiuoju laiku stebėti padėtį ir ištaisyti klaidas. Jis sujungia didelio sukimo momento žingsniniams varikliams ir patikimumo servo varikliams privalumus. Jei jūsų projektas:
Nukrypimų rizika neleidžiama.
Būtina visiškai išnaudoti maksimalų variklio našumą (uždara grandinė gali užtikrinti didesnius greičius).
Jis naudojamas komerciniams produktams.
Taigi, investuoti į uždaros kilpos žingsninę sistemą yra verta.
Išvada
Tinkamo mikrožingsninio variklio pasirinkimas jūsų robotui ar CNC staklėms yra sistemos inžinerija, reikalaujanti išsamiai apsvarstyti mechaninius, elektrinius ir valdymo aspektus. Nėra „geriausio“ variklio, yra tik „tinkamiausias“ variklis.
Apibendrinant pagrindinius punktus, pradedant nuo taikymo scenarijaus, robotai teikia pirmenybę dinaminiam našumui ir svoriui, o CNC staklės – statiniam sukimo momentui ir stabilumui. Tvirtai supraskite pagrindinius sukimo momento, srovės ir induktyvumo parametrus ir aprūpinkite juos puikiu valdikliu bei pakankamu maitinimo šaltiniu. Tikiuosi, kad naudodamiesi šiame straipsnyje pateiktomis gairėmis galėsite užtikrintai pasirinkti tobulą variantą kitam puikiam projektui, užtikrindami, kad jūsų kūriniai veiktų tiksliai, galingai ir patikimai.
Įrašo laikas: 2025 m. rugsėjo 25 d.