Выбор и расчет шагового двигателя для ЧПУ

16 июля 2019 г.

Выбирая шаговый двигатель для ЧПУ, нужно определиться, как будет использоваться станок, и какие характеристики для этого нужны. В этой статье рассмотрим, какие модели наиболее популярны, на что нужно обращать внимание при покупке, и как правильно произвести расчет.

  1. Определение действующих в системе сил;
  2. Определение мощности;
  3. Определение редукции оборотов.
  1. Отечественные модели;
  2. Китайские агрегаты;
  3. Биполярные модели для ЧПУ от CNC Technology.

Основные критерии выбора шагового двигателя для ЧПУ

При выборе шагового двигателя для ЧПУ необходимо учитывать следующие параметры:

  • Зависимость крутящего момента от скорости. Оценка графика позволит выбрать оптимальную модель двигателя для реализации конкретных задач;
  • Индуктивность. Для расчета нужно выделить квадратный корень из индуктивности обмотки. Полученное значение умножается на 32. Результат не должен сильно отличаться от напряжения источника питания для драйвера. Если показатель напряжения питания выше результата расчета более чем на 30%, то мотор будет перегреваться и шуметь в процессе работы. При слишком низком показателе напряжения относительно результата расчета крутящий момент будет убывать с большой скоростью. Чтобы обеспечить больший крутящий момент, нужна высокая индуктивность, но в таком случае не обойтись без драйвера с высоким напряжением питания;
  • Геометрические данные. Большое значение имеет диаметр вала, фланец и длина двигателя.

При выборе двигателя ЧПУ обязательно следует обратить внимание на момент инерции ротора, номинальное значение тока в фазе, омическое сопротивление фаз, максимальный показатель статистического синхронизирующего момента.

Типы двигателей

Перед покупкой необходимо определиться с подходящей модификацией. Одними из самых распространенных являются следующие типы устройств:

  • Биполярные. Считаются наиболее популярными моделями для ЧПУ. Отличаются высоким удельным сопротивлением на небольших оборотах. К тому же при поломке старого драйвера можно без проблем подобрать новый;
  • Униполярные. Разновидность биполярных шаговых двигателей. В зависимости от исполнения подключение обмоток может быть разным;
  • Трехфазные. Основное преимущества – большая скорость по сравнению с биполярными аналогами. Использование трехфазных двигателей оптимально в случаях, когда нужна высокая скорость вращения.

При выборе двигателя не лишним будет изучить характеристики готовых станков, близких по характеристикам к разрабатываемому оборудованию.

Расчет шаговых двигателей для ЧПУ

Определение действующих в системе сил

Для расчета необходимо определить действующую в системе силу трения направляющих. Для наглядности установим значение коэффициента (0,2), вес стола (100 кгс), вес детали (300 кгс), силу резания (3000 Н) и требуемое ускорение (2 м/с2).

Расчет при таких исходных данных будет выглядеть следующим образом:

  • Для определения силы трения умножаем коэффициент силы трения на вес движущейся системы: 0,2 х 9,81 (100 кгс + 300 кгс) = 785 Н.
  • Чтобы узнать силу инерции, вес стола с деталью умножаем на требуемое ускорение: 400 х 2 = 800 Н.
  • Полная сила сопротивления определяется путем складывания силы трения, резания и инерции: 785 + 3000 + 800 = 4585 Н.

При этом сила сопротивления развивается за счет привода стола на гайке винтовой шариковой передачи.

Определение мощности

Мощность шагового двигателя рассчитывается по формуле F=ma, где:

F (Н) – сила, которая нужна, чтобы привести тело в движение;

m (кг) – масса тела;

a (м/с2) – требуемое ускорение.

Чтобы рассчитать механическую мощность, нужно силу сопротивления движения умножить на скорость.

Приведенные формулы справедливы только для расчетов без учета инерции вращающих механизмов, в том числе – и без инерции вала шагового двигателя. Чтобы получить более точные результаты, требования по ускорению необходимо увеличить или уменьшить на 10%.

Определение редукции оборотов

Расчет производится на основании номинальных оборотов механического привода и максимального значения скорости передвижения стола. Если скорость равна 1000 мм/мин, а шаг винта шариковой винтовой передачи – 10 мм, то скорость вращения винта ШВП определяется, как (1000/10) 100 оборотов/мин.

Чтобы определить коэффициент редукции, учитываем номинальные обороты сервопривода. Если это значение равно 5000 оборотов/мин, то редукция определяется, как (5000/100) 50.

Классификация шаговых двигателей для ЧПУ

Условно все двигатели для ЧПУ можно поделить на три большие категории:

Отечественные модели: характеристики

В станках нередко используются советские индукторные двигатели – модели ДШИ-200-2 и ДШИ-200-3. Такие устройства отличаются следующими характеристиками:




Параметр

ДШИ-200-2

ДШИ-200-3

Потребляемая мощность

11,8 Вт

16,7 Вт

Погрешность обработки шага

3%

3%

Max статический момент

0,46 нт

0,84 нт

Max чистота приемистости

1000 Гц

1000 Гц

Напряжение питания

30 В

30 В

Ток питания в фазе

1,5 А

1,5 А

Единый шаг

1,8 град

1,8 град

Масса

0,54 кг

0,91 кг

Некоторым моделям присвоен индекс ОС – это устройства из особой серии с военной приемкой. По сравнению с обычными двигателями качество сборки ОС-моделей лучше.

​Китайские ЧПУ двигатели: характеристики





Параметр

J86HS

J57HS

J42HS

Длина, мм

80

60

42

Ток питания в фазе, А

5,8

2,8

1,4

Единичный шаг, град

1,8

1,8

1,8

Масса, кг

2,3

1,0

0,25

​Биполярные модели для ЧПУ от CNC Technology: характеристики





Параметр

86HS156-5004

57HS76-3004

42HS48-1704A

Ток питания в фазе, А

5

3

1,7

Единичный шаг, град

1,8

1,8

1,8

Индуктивность, мГн

6

3,5

2,8

Диаметр вала

14

8

5

Почему стоит купить шаговый двигатель ЧПУ в нашей компании?

Покупая шаговые двигатели ЧПУ в нашей компании, вы получаете:

  • Продукцию от проверенных производителей;
  • Быструю доставку (двигатели всегда есть в наличии на складе);
  • Возможность купить качественные комплектующие (помимо шаговых двигателей, у нас есть соединительные муфты, датчики, драйверы и другие комплектующие).

Чтобы проконсультироваться по поводу выбора оборудования, свяжитесь с нами по телефону или форме обратной связи.

Задать вопрос