Как правильно выбрать двигатель для станка

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

Тип двигателя

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

Примеры расчетов шаговых двигателей для ЧПУ

Определяем силы, действующие в системе

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:

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:

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.

Биполярные шаговые двигатели для ЧПУ от CNC Technology

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

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

Источник

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:

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;

не пропускают шаги;

мало нагреваются и вибрируют;

плавно и относительно тихо работают;

при отключении питания сохраняет все последние координаты и точки.

Серводвигатели:

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

Выбор электродвигателя главного движения станка

Основными требованием при выборе электродвигателя является его соответствие условиям технологического процесса рабочей машины.

Выбор двигателей недостаточной мощности может привести к нарушению заданного цикла, снижению производительности рабочей машины. При этом будут иметь место также его повышенный нагрев, ускоренное старение изоляции и преждевременный выход двигателя из строя, что вызовет остановку рабочей машины.

Недопустимым является также использование двигателей также использование двигателей завышенной мощности, так как при этом не только повышается первоначальная стоимость электрического привода, кроме того, снижается коэффициент мощности.

Определяю частоту вращения шпинделя, соответствующую данной скорости главного движения.

(2.1)

Определяем действительную скорость главного движения резания

(2.2)

Определяю мощность затрачиваемую на резание

(2.3)

где Р_z – сила резанья

Выбираю мощность двигателя

(2.3)

По каталогу выбираю электродвигатель серии 4А132М4У3 с номинальными данными:

Выбор

2.2.1 Выбор аппаратов защиты

Выбор аппаратов защиты производится с учётом следующих основных требований:

1)Номинальный ток и напряжение аппарата защиты должны соответствовать расчётному длительному току и напряжению электрической цепи. Номинальные токи расцепителей автоматических выключателей нужно выбирать по возможности меньшими по расчётным токам защищаемых участков сети или по номинальным токам отдельных электроприводов в зависимости от места установки аппарата защиты.

2) аппараты защиты не должны отключать установку при перегрузках, возникающих условиях нормальной эксплуатации при рабочих пиках технологических нагрузок

-Где U_н— номинальное напряжение автомата

I_н=11 *0,38*0,9 * 0,87=21,5А (2.5)

По каталогу выбираю автоматический выключатель серии ВА51-31с техническими данными:

2.2.2 Выбор сечения кабеля производится с учётом следующих основных требований:

Длительно протекающий ток, при котором устанавливается наибольшая длительность допустимая температура нагрева проводника называется предельно допустимым током по нагреву. Значения максимальных длительно допустимых токов определены из условий допустимого теплового износа материала изоляции проводников различных марок и сечений, температуры окружающей среды и способа прокладки, безопасности обслуживания электрической сети, обеспечения надёжности (срок службы) экономичность.

Где I_доп =0,6-0,7 – длительно допустимый ток

-I_р – расчётный максимальный ток

I_доп=Р*10 3 / *380 cosᵠ*0,9= 28А (2.8)

Исходя из условия I_доп ≥ I_p выбираем кабель ПГВ: I_доп=28А; S= 3×2,5мм 2

Источник

Шаговый двигатель в станке с ЧПУ: виды, плюсы, минусы, альтернативы

Одно из главных отличий современного станка с ЧПУ от «классических» моделей с ручным управлением – отсутствие кинематической связи между механизмами, отвечающими за перемещение рабочих органов и вращение шпинделя. Раздельный привод позволяет отказаться от использования многоступенчатых коробок передач, механических делительных головок, доверить сложные расчеты компьютеру. Но чтобы перемещения были точными, а станок всегда понимал, в какой точке находится режущий инструмент в текущий момент времени, привод должен иметь вполне определенные параметры. В механизмах станка с ЧПУ лучше всего с этими задачами справляются шаговые двигатели: компактные «послушные» в управлении и сравнительно недорогие.

В этой статье мы расскажем о работе этих устройств, постараемся найти их недостатки и подобрать альтернативные варианты.

Как работает шаговый двигатель?

Наиболее важная конструктивная особенность шагового двигателя – явно выраженные магнитные полюса. На статоре их роль играют сердечники обмоток. Ротор выглядит как зубчатое колесо: выступы на его поверхности – это тоже полюса (постоянных магнитов). Благодаря такой конструкции шаговый двигатель способен совершать дискретные угловые перемещения с остановкой в определенном положении. Связанный с ним через передачу винт-гайка узел станка совершает заданное линейное перемещение.

Управляющий сигнал для шагового двигателя представляет собой последовательность импульсов. Их количество кратно числу шагов, которые совершает ротор. Система управления станка знает, сколько импульсов было послано на двигатель, и может посчитать текущее положение исполнительного механизма.

Достоинства и недостатки

У шаговых двигателей обширный перечень преимуществ. Самые важные из них:

Есть у таких приводов и недостатки:

Типы шаговых приводов

Существует два типа шаговых приводов:

Биполярные двигатели развивают большие моменты на валу, чем униполярные, при сравнимых массово-габаритных характеристиках, поэтому их в станках с ЧПУ можно увидеть значительно чаще.

Как выбрать шаговый двигатель для ЧПУ станка?

Самостоятельный выбор шагового двигателя для ЧПУ станка привода — работа сложная и требующая точных расчетов. Он должен преодолеть силу трения в ШВП или передаче винт-гайка, инерцию портала и рабочую нагрузку, которая зависит от свойств обрабатываемой детали и режима резания. Также нужно учесть геометрические параметры присоединительного фланца, вала и корпуса. Важный момент – анализ графика зависимости крутящего момента от частоты вращения. Именно здесь ошибки приводят к пропуску шагов.

Тем, кто все же решился собрать станок самостоятельно, мы рекомендуем посмотреть характеристики приводов готовых моделей, близких по размерам и поставленным задачам.

Альтернативные варианты

Единственный конкурент шагового двигателя в ЧПУ станке — сервомотор. Его установка требует реализации более сложной схемы управления с обратной связью (энкодером). Есть у него и другие недостатки. Выбор между сервоприводом и шаговым двигателем для ЧПУ станка вызывает много вопросов у начинающих станочников и споров на форумах. Чтобы определить оптимальный состав привода, нужно учесть следующие факторы:

Какие двигатели применяются в станках MULTICUT?

Надежность конструкции – основной критерий, по которому инженеры компании MULTICUT оценивают комплектующие для станков от сторонних производителей. В выборе двигателей для механизмов перемещения не допускаются компромиссы в качестве.

Если станок рассчитан на работу в высоконагруженных режимах, от него требуется хорошая производительность, то мы рекомендуем выбирать сервоприводы ESTUN. Интеллектуальные силовые модули промышленного класса, используемые в конструкции двигателей, позволяют им выдерживать перегрузки по току, развивать высокие моменты во время пуска. Производитель реализовал функцию подавления вибрации, сделал настройку простой и удобной, а двигатель — отзывчивым и точным в работе.

На настольные станки 500-й серии мы устанавливаем привода мощностью 200 Вт (на каждую ось). В базовой комплектации крупногабаритных моделей мощность шаговых двигателей составляет 400 Вт. Для всех серий станков в сервоисполнении мы предлагаем моторы мощностью 0,75 и 1 кВт.

Чтобы получить консультации по вопросам выбора и комплектации станков MULTICUT, позвоните по контактному телефону в вашем регионе.

Источник

Как выбрать привод для двигателя станка с ЧПУ

Как выбрать привод станка ЧПУ

Использование наиболее подходящего драйвера для двигателя позволяет добиться максимальной эксплуатационной надежности привода, а также снизить энергопотребление, поэтому очень важно правильно выбрать привод станка.

Электрические приводы, используемые в промышленном оборудовании, потребляют огромное количество энергии. Практически любая автоматизированная операция на производстве — от упаковки и наклеивания этикеток до перемещения заготовок с помощью робота — требует использования хотя бы одного электрического привода. Таким образом, при подборе интеллектуальных и интегрированных драйверов инженерам необходимо учитывать эти энергозатраты.

Энергоэффективность привода определяется множеством факторов, поэтому для того, чтобы выбрать оптимальный драйвер, используются достаточно сложные методы. Однако, конструкторы и инженеры упрощают эту задачу, применяя аналитический подход к оценке механики и энергопотребления приводов. Нижеприведенное пошаговое руководство поможет вам правильно определить конструкцию и типоразмер привода, а также подобрать драйвер, позволяющий реализовать максимально энергоэффективную систему. (См.также «Какова разница между мотором и драйвером?»)

Анализ и сравнение драйверов

В общем случае, полноценный привод состоит из механических и электрических/электронных компонентов. С учетом этого, можно рассчитать общую энергоэффективность системы, а также объем выброса CO2 и связанные с этими факторами производственные издержки. Кроме того, можно оценить потенциальную экономию электроэнергии и снижение затрат за счет использования системы рекуперативного торможения вместо тормозного резистора. Другим важным фактором достижения максимальной эффективности привода является выбор компонентов, параметры которых точно соответствуют конкретной задаче. При этом компоненты привода не должны быть переразмеренными, равно как не должны подвергаться перегрузкам.

Многоскоростные двигатели, совпадающие по типоразмерам с двигателями классов энергоэффективности IE1 и IE2, генерируют более высокую мощность на валу, позволяя инженерам использовать двигатели меньшего типоразмера для той же выходной мощности.

Оценка энергоэффективности проводится с использованием специального программного обеспечения, позволяющего определить характеристики привода для конкретного целевого применения. Такой подход позволяет предотвратить использование переразмеренных моторов и драйверов.

Кроме того, существует конструкторское программное обеспечение, которое моделирует различные режимы работы, оценивает энергопотребление и дает рекомендации по использованию определенных компонентов. Это же ПО проводит так называемый «энергетический аудит», который показывает энергопотребление отдельных компонентов привода. Имея под рукой результаты аудита, конструктор может провести пошаговое сравнение характеристик механических и электрических/электронных компонентов привода.

Универсальность энергоэффективных драйверов

Правильно выбранный драйвер дает конструктору широкий простор, чтобы выбрать шаговый двигатель надлежащего типоразмера и достаточной мощности, а также позволяет отказаться от более дорогостоящих и менее эффективных моторов. Классические трехфазные двигатели переменного тока имеют прямую зависимость между типоразмером и эффективностью. В результате, конструктор сталкивается с проблемой размещения больших двигателей в корпусе оборудования и другими трудностями. Например, более крупные роторы имеют большую инерцию, что влечет за собой повышенное энергопотребление при изменении частоты вращения.

Для стандартного четырехполюсного трехфазного двигателя переменного тока оптимально использовать питание с частотой 120 Гц, поскольку оно позволяет добиться максимальной выходной мощности, наилучших динамических характеристик, широкого диапазона частоты вращения и высокой энергоэффективности. Многоскоростные двигатели не только обеспечивают широкий диапазон частот вращения и имеют высокий КПД, но и позволяют снизить расходы благодаря максимальному энергосбережению. Большинство многоскоростных трехфазных двигателей с частотой 120 Гц было разработано в первую очередь для повышения КПД и улучшения энергосберегающих характеристик.

Компактные многоскоростные двигатели переменного тока с частотой сети 120 Гц позволяют экономить пространство и особенно востребованы для оборудования, в котором требуется переменная частота вращения вала. Такие двигатели более эффективны, нежели двигатели класса IE2, и позволяют регулировать частоту вращения в диапазоне 24:1. К примеру, регулировка частоты вращения обычных двигателей может осуществляться в диапазоне 3:1. Поскольку двигатели с частотой сети 120 Гц имеют более широкий диапазон частот вращения, они могут использоваться в оборудовании, в котором один двигатель должен обеспечивать работу на различных частотах вращения с постоянным крутящим моментом.

В конечном счете, потребителям важны надежность и доступность двигателя. Например, для автоматизированных складов очень важно обеспечить высокую пропускную способность, плотность размещения и энергоэффективность, поскольку это обеспечивает снижение расходов. При этом оборудование должно иметь максимально гибкие регулировки. Двигатели переменного тока с частотой 120 Гц обеспечивают все необходимые для этого характеристики и могут использоваться в оборудовании различных целевых назначений. Эти компактные трехфазные двигатели могут использоваться в энергоэффективных приводах без необходимости внесения дорогостоящих изменений в конструкцию оборудования.

Асинхронные двигатели, оптимизированные для работы в приводе с регулируемой частотой вращения, обеспечивают постоянный крутящий момент в более широком диапазоне скоростей в сравнении со стандартными двигателями.

Асинхронные исполнения многоскоростных двигателей с частотой 120 Гц, оптимизированные для работы с инвертором, могут быть на 2 типоразмера меньше по сравнению со стандартными двигателями класса IE2, имеющими схоже характеристики. Кроме того, такие двигатели отличаются меньшей инерционностью ротора, поскольку он имеет меньшие размеры и массу. Это позволяет добиться более быстрого динамического отклика, благодаря чему двигатель в состоянии разогнаться с 0 до 3500 об/мин всего за 500 мсек.

Новые высокопроизводительные устройства транспортировки и хранения позволяют максимально быстро перемещать товары по складу. Энергоэффективный привод и система управления обеспечивают необходимые для этого динамические характеристики. Применение в конструкции композитных материалов в качестве замены металлических значительно снижает нагрузку, в результате чего масса привода может быть заметно уменьшена, что в свою очередь дает возможность использования валов меньших диаметров. Сниженная нагрузка и инерционность, а также применение синхронных серводвигателей позволяют добиться выдающих скоростных характеристик для устройств транспортировки и хранения.

Эффективное преобразование энергии

Самая дорогая энергия — это неиспользованная энергия. Многие устройства с электрическими приводами требуют частого разгона и торможения. Таким образом, правильная организация процесса торможения может значительно повысить КПД устройства. В фазу ускорения или подъема груза электрическая энергия преобразуется в кинетическую энергию, часть которой подлежит преобразованию при торможении привода или опускании груза. Эта энергия зачастую преобразуется в тепло, генерируемое в тормозных резисторах и абсолютно неиспользуемое. В некоторых устройствах существует возможность перенаправления этой энергии в другие части привода или кратковременного накопления в конденсаторах с последующим повторным использованием освобожденной энергии в питающих цепях устройства. Рекуперированная энергия является наиболее полезной и экономически выгодной при мощностях свыше 5 кВт, однако экономия энергии в данном случае является всего лишь номинальной.

Механическая энергия, генерируемая электроприводом, должна использоваться в автоматическом режиме с целью максимально эффективного использования. Более трети новых трехфазных двигателей переменного тока предназначены для работы с инверторами с электронным управлением. Преимущества таких двигателей становятся более очевидными в узлах, включающих в себя редукторы и инверторы. Сочетание высокоэффективного редукторного двигателя переменного тока с устанавливаемым на нем децентрализованным инвертором обеспечивает простоту и необходимую энергоэффективность системы, а также избавляет от необходимости использования шкафа управления.

При использовании стандартной схемы размещения устройств в шкафу, компактные децентрализованные инверторы позволяют минимизировать требования к габаритам шкафов. Децентрализованные драйверы имеют малую высоту, монтируются непосредственно на двигателе и могут быть дополнены редуктором для достижения КПД от 92 до 98%.

Расчет энергосбережения

Введение класса энергоэффективности IE2 привело к развитию инверторов, позволяющих добиться высоких показателей эффективности без потерь производительности. К примеру, многие децентрализованные инверторы адаптируют токи намагничивания мотора к текущим потребностям, в результате чего снижаются потери, особенно при частичной загрузке. В свою очередь, это увеличивает эффективность и снижает энергопотребление на величину до 30%.

Многоскоростные двигатели обеспечивают широкий диапазон частот вращения и высокий КПД с одновременным снижением энергопотребления и связанных с ним затрат. Электрические обмотки этих двигателей оптимизированы под номинальный ток с напряжением 380 В и частотой 120 Гц, при номинальной частоте вращения 3500 об/мин, при этом сохраняется максимальная гибкость регулировки. Такие двигатели имеют относительно небольшие размеры, высокий КПД и могут использоваться в сочетании с двухступенчатым коническим редуктором с КПД 96%, имеющим легкий алюминиевый корпус и высокоточные зубья повышенной износостойкости.

Большинство специалистов по электрике и электронике соглашаются, что синхронные двигатели с постоянными магнитами соответствуют стандарту эффективности IE3. Децентрализованные драйверы могут запускать эти двигатели без необходимости обеспечения обратной связи. Такая реализация также позволяет использовать разомкнутую систему управления в некоторых устройствах с позиционированием. Возможность сэкономить на обратной связи является несомненным плюсом таких драйверов.

В качестве наглядного примера рассмотрим центр распределения продуктов питания, в котором задействовано 10000 двигателей с редукторами и драйверами. Для такой системы достаточно приблизительно рассчитать общие затраты, связанные с двигателями, чтобы подчеркнуть важность правильного подбора типоразмеров.

Децентрализованные драйверы, имеют малую высоту, монтируются непосредственно на двигателе и могут быть дополнены редуктором для достижения КПД от 92 до 98%. Такая реализация позволяет напрямую передавать энергию двигателю с минимальными потерями и значительной экономией пространства.

Правильно подобранные приводы значительно упрощают жизнь и очень ценятся конечными потребителями. Для выполнения корректного подбора двигателя необходимо понимать принцип работы вашего оборудования, а также знать, какие технологии следует применить для достижения максимальной эффективности эксплуатации. Таким образом, при разработке автоматизированной системы необходимо сотрудничать с компаниями, имеющими богатый опыт в производстве компонентов и построении полноценных систем. Такой подход гарантирует эффективность совместной работы аппаратной части и программного обеспечения, будь то многокомпонентная система, отдельный узел оборудования или комплекс оборудования на крупном производственном предприятии.

Источник