О том, как потенциальному покупателю фрезерного станка с ЧПУ выбирать модели с серводвигателем либо шаговым двигателем, мы рассказывали в одной из предыдущих статей. Этот материал будет интересен тем, кто определился для себя и теперь задается вопросом о том, какие шаговые двигатели выбрать для ЧПУ-фрезера. Правильный подбор этого узла – один из ключевых факторов долговечной и эффективной эксплуатации приобретаемого оборудования.
Современный рынок предлагает колоссальное множество подобных агрегатов с широким спектром характеристик и вариантов применений. Поэтому запутаться во множестве предложений немудрено. Поэтому чтобы совершить правильный выбор шагового двигателя, необходимо выполнить некий алгоритм действий и оценить ряд следующих показателей.
Тип шагового двигателя
Тип шагового двигателя – один из первичных критериев, по которому осуществляется подбор этого узла. Каждый из трех вариантов его конструктивного исполнения имеет свою специфику, которую необходимо понимать:
- Биполярные. Наиболее распространенный на ЧПУ-станках вариант. Они характеризуются высоким удельным сопротивлением даже при малых оборотах и высокой ремонтопригодностью. При выходе драйвера из строя заменить его на новый не представляет какой-либо сложности.
- Трехфазные. Наиболее скоростные среди всех вариантов. Хотя они имеют меньший момент в сравнении с биполярными, их отличает его отличное сохранение. Поэтому трехфазные шаговые двигатели отлично дополняют редукторы в скоростных передачах.
- Униполярные. В эту категорию входят несколько биполярных двигателей с различным подключением обмоток и униполярный шестивыводной моток.
Габариты шагового двигателя
Схожие габариты шаговых двигателей одного типа как правило приводят к тому, что характеристики этого оборудования также схожи. Размер задает границы, в которых меняется главная характеристика устройства - кривая скорости-момента.
Особенно важно при подборе уделять повышенное внимание диаметру валу, длине самого двигателя и фланцу.
Индуктивность
Перечень проверяемых характеристик начнем с оценки индуктивности обмотки. Она должна неким образом согласовываться с напряжением источника питания для драйвера. Чтобы это проверить, необходимо вычислить квадратный корень из индуктивности обмотки и умножить результат на 32. Полученное число должно примерно совпадать с напряжением источника питания для драйвера. Если же величина напряжения на треть превышает результат вычисления, существует высокий риск перегрева мотора и его шумности в ходе эксплуатации станка. Если на треть меньше – падение крутящего момента при росте скорости будет весьма критичным для эффективной эксплуатации оборудования.
Также индуктивность обмотки демонстрирует крутизну СМХ при идентичном напряжении питания драйвера с ШИМ. Большая индуктивность позволяет добиться большего значения крутящего момента. Но при этом для выполнения такой замены необходим вариант драйвера с повышенным напряжением питания. В таком случае кривая СМХ поднимется вверх на некоторую величину, пропорциональную разнице в напряжениях старого и нового драйверов.
Что касается практического применения, то многие производители предлагают моторы одного размера с меньшей и большей индуктивностью – так называемые «медленные» и «быстрые» версии изделия. «Быстрые» реализуются лучше, так как на высоких скоростях им необходимо меньшее рабочее напряжение (то есть, можно сэкономить на их оснащении более доступными драйверами и источниками питания). «Медленные» моторы применяются в специфических областях, когда от привода не требуется внушительных оборотов.
Крутящий момент и скорость
Для четкого понимания того, как выбрать шаговый двигатель, необходимо оценить график зависимости между величинами крутящего моменты и частоты вращения (скорости). Игнорирование этого шага может привести к переплате за слишком избыточную модель либо наоборот к выбору слабого движка.
Примерно этот график выглядит следующим образом:
Хороший вариант узла способен обеспечить необходимый для эффективной обработки крутящий момент и при этом быть довольно быстрым.
Ток обмотки
Ток обмотки имеет влияние на величину крутящего момента. Но прежде всего, этот показатель является ограничителем для подбора драйвера к мотору. Ток обмотки не должен быть меньше, чем указанный у драйвера.
Напряжения питания обмотки
Напряжения питания обмотки характеризует значение напряжения, потребляемого драйверами мотора. Оно понадобится для вычисления максимально допустимого напряжения питания драйвера с ШИМ.
Другие показатели
Выбирая какие шаговые двигатели выбрать, стоит уделить должное внимание также таким характеристикам и параметрам:
- Момент инерции роторов мотора, также связанный с габаритами узла;
- Стоимость шагового двигателя. Нередко разница в цене у различных моделей этих узлов одного типа и примерно схожих габаритов может достигать 30%. Как правило, это так называемая «плата за бренд». Поэтому при ограниченном бюджете стоит поискать варианты от менее известных производителей – надежность агрегата вряд ли будет существенно ниже;
- Специфика применения. Мотор во многом подбирается под ключевую цель применения станка – например, фрезерование металлов или древесины требует разных параметров шагового двигателя;
- Схема подключения;
- Наличие центр-крана.
Алгоритм выбора шагового двигателя
Если говорить о практической стороне выборе шагового двигателя, то алгоритм по сути сводится к оценке пяти факторов – бренда-изготовителя, типа устройства, габаритов, тока фазы и индуктивности.
Репутация бренда-изготовителя – это весьма субъективный принцип. Выбор шагового двигателя по типу устройства при неопределенности задач разобран в начале статьи. Таким образом, остается фактически три объективных критерия. Для того, чтобы определиться с оптимальной моделью мотора для ЧПУ-фрезера, рекомендуем использовать на практике такую последовательность действий:
- Определите необходимую для вашего производства максимальную скорость вращения V и величину крутящего момента M. В полученные путем соответствующих расчетов цифры заложите запас величиной в 25-40%.
- Переведите рассчитанный показатель оборотов в минуту в частоту полных шагов PPS. Для этого при стандартном исполнении двигателя PPS = 200×V.
- Подберите по размеру приблизительно подходящий вариант агрегата по той цене, которую вас устроит. Причем желательно, чтобы его индуктивность была не самой большой из возможных.
- Найдите на кривой СМХ, которая указывается в документации выбранного мотора, рассчитанное предварительно значение полных шагов PPS и уточните величину крутящего момента.
- Если он слишком мал, рассмотрите модель с большими габаритами. Если момент чрезмерно велик, поищите меньший мотор. Затем проделайте весь алгоритм с третьего пункта еще раз – на этот раз точность итерации будет несомненно выше.
Таким образом, сервопривод и шаговые двигатели для ЧПУ-фрезера не совсем справедливо считать конкурентами. Подбор конкретных аппаратов с каждым из их разновидностей обусловлен конкретными целями владельца, номенклатурой и спецификой планируемой к выпуску продукции и другими факторами. Тем не менее, универсальные фрезерные станки серии Dedal от компании «Миртелс», разработанные прежде всего для обработки камня, снабжены шаговыми двигателями.
Оценить те преимущества, что вместе с другими решениями они обеспечивают владельцам нашего оборудования, Вы можете при просмотре соответствующих роликов либо демонстрационных тестовых работ фрезерного оборудования. Это позволит Вам убедиться в правильности выбора модели станка перед его приобретением.
