Шаговые двигатели с энкодером в чпу: Купить шаговые двигатели с энкодером | Большой выбор, доставка по всей России

Шаговые двигатели с энкодером: преимущества использования

Статьи

26.08.201517.04.2018

Использование шаговых двигателей в комплекте с энкодерами позволяет создавать на простой схеме, включающей в себя непосредственно шаговый двигатель и контроллер шагового двигателя полноценный сервопривод, который, при высокой функциональности и надёжности, будет значительно более дешёвым и простым в управлении, чем сервопривод на основе бесколлекторного двигателя. Совмещающий в себе все основные преимущества ШД с простотой настроек и обслуживания, такой сервопривод отличается высокой точностью позиционирования и полностью удовлетворяет потребностям широкого круга пользователей устройств такого типа, от моделистов до операторов станочного оборудования.

Поскольку шаговый двигатель изначально отличается высокой точностью позиционирования (200 или 400 шагов на оборот +-5%), что является одним из основных его конкурентных преимуществ, традиционно считается, что установка энкодера на двигатель такого типа не является необходимостью. Однако практика доказывает, что даже при использовании самого надёжного контроллера возможен пропуск шагов, который может стать следствием целого ряда причин, таких, как:

– повышенная нагрузка;
– поперечная нагрузка;
– высокий резонанс;
– некорректное генерирование импульсов контроллером и т.д;

По сути, при использовании схемы ШД+контроллер даже такие незначительные неполадки, как перебои в подаче питания контроллеру могут стать причиной серьёзного сбоя: система управления теряет точку отсчёта, и, в отсутствии обратной связи, возвращение шагового двигателя к изначальному положению становится невозможным.

Использование шагового двигателя с энкодером позволяет решить вышеотмеченную проблему: при пропуске шагов или перебоях питания с помощью энкодера осуществляется возврат ШД к нужной точке, что позволяет продолжить корректную работу оборудования по заданной программе. Кроме того, применение энкодера позволяет дополнительно повысить точность позиционирования шагового двигателя, поскольку разрешающая способность энкодеров может достигать 2000 импульсов на оборот. Благодаря этим преимуществам сервоприводы на основе шаговых двигателей довольно часто применяются в сложном станочном оборудовании.

Купить шаговый двигатель с энкодером в Stepmotor

В каталоге Stepmotor представлен широкий выбор шаговых двигателей и энкодеров, что позволяет подобрать наилучшим образом подходящий сервопривод на основе ШД для оборудования любого типа. Если вы решили купить ШД с энкодером в наличии по доступной цене на нашем сайте, внимательно ознакомьтесь с характеристиками интересующих вас устройств и непременно убедитесь в том, что подобранные вами устройства совместимы. При возникновении вопросов по подбору оборудования, вы всегда можете проконсультироваться у технического специалиста по телефонам 8 800 5555 068 — по России (звонок бесплатный), в Москве +7 (495) 308-38-48, в СПб +7 (812) 953-07-32) или воспользовавшись формой обратной связи.

Серводвигатели или шаговые двигатели. Что лучше для ЧПУ станка?

Станки с ЧПУ в основном используют шаговые или серводвигатели для своих осей.

Хотя оба двигателя могут управлять движением режущих инструментов и осей, в чем разница между ними?

Вместо того, чтобы углубляться в их теоретические различия, я расскажу вам о каждом важном отличии, имеющем практическое значение с точки зрения применения ЧПУ.

1. Размер фрезерного станка с ЧПУ

Размер фрезерных станков с ЧПУ играет жизненно важную роль при выборе двигателя.

Если вы хотите настроить фрезерный станок с ЧПУ с небольшой площадью основания и небольшой рабочей зоной, шаговый двигатель может быть лучше, чем сервопривод.

Как правило, шаговые двигатели используются для привода компонентов линейного перемещения, таких как ременный привод, ходовой винт и шариковый винт фрезерных станков с ЧПУ с максимальной площадью резания 4 х 4 фута.

Некоторые промышленные фрезерные станки с ЧПУ начального уровня с площадью резания 4 x 8 футов и 5 футов x 10 футов также используют шаговые двигатели, что помогает снизить стоимость.

В больших фрезерных станках с ЧПУ размер порталов велик и склонен к изгибу, для предотвращения изгиба используется более тяжелая конструкция.

В таких случаях серводвигатель является более подходящим выбором.

Серводвигатели

Еще одним фактором является размер самого двигателя. Из-за сложной конструкции серводвигатели крупнее и тяжелее шаговых двигателей.

Это означает, что для небольших приложений с ЧПУ степперы являются лучшим выбором.

2. Управление двигателем

Шаговые двигатели перемещаются на заданное количество шагов с каждым импульсом, и контроллер не может узнать, двигался ли двигатель.

Принимая во внимание, что серводвигатель имеет замкнутый контур управления, что означает, что двигатель отправляет информацию о своем положении и направлении обратно в контроллер.

Таким образом, контроллер может проверить, не произошла ли какая-либо ошибка. Это может иметь решающее значение при работе с дорогостоящими заготовками.

Например, предположим, что вы делаете 2-дюймовый пропил на дорогостоящей заготовке, и что-то заклинило ваши линейные приводы или портал.

Если вы используете шаговые двигатели, двигатель пропустит несколько шагов и продолжит резку, а поскольку он пропустил шаги, он остановится и не будет резать до 2 дюймов.

Вам придется выбросить заготовку (или перепрофилировать ее) и начать с новой.

Принимая во внимание, что если вы используете сервоприводы, контроллер знает, как далеко на самом деле переместилась ось, и будет продолжать движение, пока не завершит весь разрез.

Что ж, это также означает, что контроллер для серводвигателя сложнее и дороже, чем контроллер для шагового двигателя.

Другой вариант достижения хороших результатов при низких затратах — использование шаговых двигателей с обратной связью.

Эти двигатели не такие дорогие, как серводвигатели, и обладают всеми характеристиками шагового двигателя с дополнительным преимуществом предотвращения ошибок.

Например, ToAUTO имеет шаговый двигатель NEMA 23 с обратной связью. Он имеет датчики положения, которые обеспечивают обратную связь для коррекции положения.

Так что, если вы хотите делать точные разрезы на заготовках для приложений, где любая ошибка может иметь катастрофические последствия, серводвигатели идеальны.

Однако программирование сервопривода сложнее, чем программирование шагового двигателя, что делает шаговые двигатели лучшим выбором для начинающих.

Шаговый двигатель с контроллером

3. Скорость и крутящий момент

Шаговые двигатели эффективно работают при 1200 об/мин или ниже и могут создавать высокий крутящий момент на низких скоростях.

Вы можете найти шаговые двигатели с удерживающим моментом, как правило, от 30 до 1500 унций на дюйм.

Но этот крутящий момент уменьшается по мере увеличения скорости двигателя, иногда до 80% при очень высоких оборотах.

Серводвигатели работают со скоростью более 2000 об/мин и доступны с гораздо более высоким номинальным крутящим моментом, чем шаговые двигатели, что делает их быстрее, чем шаговые двигатели.

Самое замечательное в серводвигателях то, что они способны обеспечивать постоянный крутящий момент во всем диапазоне скоростей.

Понятно, что сервоприводы имеют лучшие характеристики крутящего момента по сравнению с шаговыми двигателями, поэтому, если вы хотите использовать действительно тяжелые шпиндели, вам могут понадобиться сервоприводы.

Кроме того, если вы используете тяжелые порталы вместе с тяжелым шпинделем, вам следует рассмотреть возможность использования сервоприводов для увеличения скорости.

Кроме того, сервоприводы лучше работают при динамических нагрузках.

Это означает, что сервоприводы стабильно работают с разными материалами и настройками резки, поскольку они падают под разными нагрузками.

Но это не означает, что шаговые двигатели всегда являются плохим выбором для больших ЧПУ.

Шаговый двигатель NEMA 34 может работать со шпинделем мощностью 7 л.с. на фрезерном станке с ЧПУ из алюминия и стали и при этом достигать высокой скорости около 1000 дюймов в минуту.

Крутящий момент. Шаговые двигатели и серводвигатели

Еще одно существенное различие между ними — время, затрачиваемое на нарезку. Двигатели не могут мгновенно достичь полной скорости, им требуется время, чтобы разогнаться до полной скорости и остановиться.

Когда дело доходит до ускорения и торможения, сервоприводы быстрее на несколько миллисекунд по сравнению с шаговыми двигателями.

Несколько миллисекунд не будут иметь значения, если вы изготавливаете детали с быстрым циклом и с минимальным количеством изменений направления резки.

Но когда вы изготавливаете детали, для которых шпиндель должен часто менять направление, двигатели должны останавливаться, а затем ускоряться в новом направлении.

В таких случаях эти миллисекунды складываются, и существует значительная разница во времени выполнения проекта между сервоприводами и шаговыми двигателями.

Вывод таков: если вы работаете в производственной среде, где скорость производства имеет большое значение, вам следует использовать сервоприводы.

4. Удержание крутящего момента

Удерживающий момент определяет способность вала двигателя оставаться на месте, когда катушки находятся под напряжением.

Шаговый двигатель не будет вращаться без входного сигнала, пока крутящий момент на валу двигателя меньше удерживающего момента двигателя.

Принимая во внимание, что в серводвигателе удерживающий момент практически отсутствует. Так как же серводвигатель удерживает нагрузку на месте?

Механизм обратной связи в серводвигателе обнаруживает любое изменение положения вала и мгновенно корректирует положение вала. Он в основном колеблется в удерживаемом положении, но колебания незначительны.

Но когда сервоприводы настроены неправильно, они производят вибрации и шум при удержании груза в стационарном положении.

Удерживающий момент является основным фактором, когда вам нужно удерживать груз в вертикальном направлении, например, в случае шпинделя на оси Z.

Это особенно важно, когда вы используете шарико-винтовые пары для линейного перемещения.

Внутреннее трение в шарико-винтовых передачах низкое, и они могут иметь обратный привод.

Это означает, что если вы используете шариковый винт на оси Z и поднимаете шпиндель вверх, вес шпинделя может опустить шариковый винт вниз.

Чтобы предотвратить это, двигатель, соединенный с компонентом линейного перемещения, должен иметь достаточный удерживающий момент, чтобы предотвратить обратное движение нагрузки компонентов линейного перемещения.

Использование шагового двигателя с достаточным удерживающим моментом — простой и легкий способ добиться этого.

Сервоприводы могут выполнять такую ​​же хорошую работу, но вам потребуется тщательно настроить контроллер, чтобы предотвратить ненужные вибрации и шум, которые могут повредить другие компоненты вашей сборки.

Шаговый двигатель с шариковым винтом

5. Входная мощность и эффективность

Шаговые двигатели работают от постоянного тока и обычно работают на полную мощность независимо от нагрузки. Шаговые двигатели имеют КПД около 70%.

С другой стороны, вы можете найти сервоприводы, которые работают от источника переменного или постоянного тока, и они потребляют мощность, пропорциональную нагрузке, которую они несут, поэтому сервоприводы могут давать 80-90% эффективности.

Энергопотребление — это фактор, который следует учитывать, когда вы работаете в производственной среде, и дополнительные деньги, которые вы тратите на сервоприводы, могут сэкономить вам деньги на счетах за электроэнергию.

Однако, если объемы вашего производства невелики, а нагрузки меньше, инвестиции в сервопривод не имеют реальной экономической выгоды, что делает шаговые двигатели лучшим выбором.

6. Точность и воспроизводимость

Разрешение двигателей с ЧПУ является фактором, влияющим на точность и повторяемость фрезерных станков с ЧПУ.

Как правило, разрешение шаговых двигателей зависит от количества шагов.

Типичный шаговый двигатель имеет 200 шагов, что означает, что он поворачивается на 1,8 градуса за каждый полученный импульс.

Если вы используете микрошаг, вы можете улучшить это разрешение. Например, если вы используете микрошаг 1/8, разрешение станет 0,225 градуса на 200-шаговом двигателе.

Кроме того, шаговые двигатели часто предпочитают из-за их простой конструкции и системы с разомкнутым контуром, которые практически не требуют настройки. Следовательно, они обеспечивают хорошую точность без особой настройки.

С другой стороны, сервоприводы используют энкодер для определения положения вала двигателя, а разрешение двигателя зависит от энкодера и способности контроллера точно регулировать напряжение и ток.

Например, если серводвигатель имеет разрешение 1000 импульсов/об, это показывает, что контроллер сможет определять каждые 0,36 градуса поворота вала двигателя.

Теоретически сервоприводы имеют бесконечное разрешение, но вам необходимо правильно настроить их и поддерживать энкодер и контроллер в хорошем состоянии для достижения очень высокой точности.

Для любительских приложений, где вам не требуется высокая точность и прецизионность, степперы являются вполне разумным выбором.

Однако шаговые двигатели могут пропускать шаги и вызывать ошибочные сокращения, когда они нагреваются из-за непрерывной работы.

Серводвигатели имеют лучшую точность позиционирования, чем шаговые двигатели.

Это связано с тем, что серводвигатели имеют замкнутый контур управления, что позволяет им корректировать свои движения.

Вы также можете получить хорошую повторяемость от серводвигателей, если они повернуты правильно. Их повторяемость также зависит от качества используемого энкодера.

Вращающийся энкодер для определения положения вала

7. Шум

Шум может быть проблемой при работе с ЧПУ.

Шаговые двигатели могут быть немного шумными по сравнению с серводвигателями.

Чтобы преодолеть это, вы можете использовать драйверы шаговых двигателей с поддержкой микрошагов, что помогает снизить уровень шума.

Вы можете найти шаговые драйверы, которые могут управлять микрошагом до 1/128, чтобы значительно снизить уровень шума и обеспечить плавное движение вала на низких скоростях.

Кроме того, микрошаг устраняет влияние резонансной частоты, которая вызывает вибрации в шаговых двигателях.

Однако микрошаг может создавать меньший крутящий момент, который может составлять около 70% крутящего момента, создаваемого при полношаговом управлении.

Вы можете использовать серводвигатели для устранения шума и вибраций двигателя, но вам все равно придется беспокоиться о шуме фрезерного станка/шпинделя.

Как правило, шум фрезера/шпинделя перевешивает все остальное, и это делает шум двигателя незначительным.

8. Срок службы и техническое обслуживание

Шаговые двигатели состоят из меньшего количества компонентов, и подшипник — единственная быстроизнашивающаяся деталь, которую можно заменить.

Серводвигатели используют энкодеры и редукторы в качестве основных компонентов, что делает их механически сложными.

Следовательно, шаговые двигатели требуют меньше обслуживания по сравнению с серводвигателями.

Однако шаговые двигатели более подвержены повреждениям из-за механических ошибок, таких как перегрузка и заедание, чем серводвигатели.

9. Стоимость

Стоимость часто является основной причиной выбора шаговых двигателей, а не сервоприводов.

Типичный сервопривод как минимум в три раза дороже шагового двигателя того же размера и мощности.

Это связано со сложностью его конструкции.

Шаговые двигатели используют систему без обратной связи и имеют простую конструкцию, исключающую сложность и дополнительную стоимость.

Кроме того, контроллеры серводвигателей используют сложные схемы для достижения высокой производительности.

Драйверы шаговых двигателей недороги по сравнению с сервоприводами из-за их простой конструкции и доступности.

В целом дополнительные компоненты и сложная система делают систему серводвигателя дорогостоящей.

Серводвигатель с драйвером

Однако в условиях промышленного производства дополнительные затраты оправдываются более высокой эффективностью системы серводвигателя.

Кроме того, сервоприводы производят детали, которые имеют меньше брака и сокращают потери сырья.

10. Заключение

Рассмотренные выше функции должны помочь вам решить, какой двигатель выбрать для настройки вашего фрезерного станка с ЧПУ.

В первую очередь, какой двигатель вы выберете, зависит от вашего бюджета и типа работы, которую вы будете выполнять.

На мой взгляд, для приложений, не требующих сверхвысокой точности, например, в деревообработке, шаговые двигатели — хороший выбор.

Для сравнения: в большинстве фрезерных станков с ЧПУ стоимостью менее 25 000 долларов используются шаговые двигатели, а не серводвигатели.

Шаговые двигатели обычно могут обеспечивать скорость подачи от 50 до 1000 дюймов в минуту, в то время как сервоприводы могут работать со скоростью более 2500 дюймов в минуту.

Если вам нужна очень высокая точность и высокая скорость производства, лучшим выбором будет сервопривод.

Вы также можете рассмотреть шаговый двигатель с обратной связью, который хорошо предотвращает ошибки из-за пропущенных шагов и может быть хорошим вариантом, когда вам нужно недорогое решение для работы с дорогими заготовками.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Почему в большинстве фрезерных станков с ЧПУ вместо серводвигателей используются шаговые двигатели?

Шаговые двигатели имеют небольшую площадь и простую конструкцию, идеально подходящую для небольших приложений, таких как фрезерные станки с ЧПУ. Они также дешевле, чем серводвигатели.

Почему серводвигатели дороже шаговых двигателей?

В серводвигателях используются редкоземельные магниты, которые дороже, чем обычные магниты, используемые в шаговых двигателях. Серводвигатели также имеют энкодер или резольвер и редуктор. Следовательно, общая компоновка делает серводвигатели механически более сложными и более дорогими, чем шаговые двигатели.

Могу ли я самостоятельно заменить энкодер моего серводвигателя?

Самостоятельно заменить энкодер в серводвигателе очень сложно. Для этого требуется найти смещение между энкодером и положением ротора, и лучше всего это может сделать обученный обслуживающий персонал.

Могу ли я добавить внешний энкодер к своим шаговым двигателям?

Вы можете добавить внешние энкодеры к своим шаговым двигателям. Энкодер позволяет отслеживать положение и скорость вала двигателя. Добавление энкодера к шаговому двигателю оказывает значительное влияние на производительность двигателя.

Могу ли я модернизировать свой фрезерный станок с ЧПУ с помощью шагового двигателя с обратной связью?

Да. Но если вы используете драйвер шагового двигателя без обратной связи с шаговым двигателем с обратной связью, вы не сможете подключить энкодер двигателя к драйверу. Следовательно, вам также необходимо обновить драйвер шагового двигателя.

Серводвигатели

и шаговые двигатели для станков с ЧПУ

ClearPath — Nema 34 Серводвигатель 4,5 Нм Станки с ЧПУ

в основном используют либо шаговые, либо серводвигатели для привода своих осей. Хотя оба двигателя могут управлять движением режущих инструментов и осей, в чем разница между ними?

Вместо того, чтобы углубляться в их теоретические различия, я расскажу вам о каждом важном отличии, имеющем практическое значение с точки зрения применения ЧПУ.

Oryx GT3-1010Li-1.5-LS-ST Фрезерный станок с ЧПУ 

Размер фрезерных станков с ЧПУ играет жизненно важную роль при выборе двигателя.

Если вы хотите настроить небольшой фрезерный станок с ЧПУ, такой как наши фрезерные станки с ЧПУ GT3, с небольшой площадью основания и небольшой рабочей зоной, шаговый двигатель может быть лучше, чем шаговый двигатель с замкнутым контуром или серводвигатель.

Как правило, шаговые двигатели используются для привода компонентов линейного перемещения, таких как ременный привод, ходовой винт и шарико-винтовая передача малых и средних фрезерных станков с ЧПУ.

Некоторые промышленные фрезерные станки с ЧПУ начального уровня с большей площадью резания также используют шаговые двигатели, что помогает снизить стоимость.

Oryx GT5-1515LI-2.2 Фрезерный станок с ЧПУ ATC

В больших фрезерных станках с ЧПУ, таких как наши фрезерные станки с ЧПУ GT9, размеры порталов велики и склонны к изгибу, для предотвращения изгиба используется более тяжелая конструкция. В таких случаях серводвигатель является более подходящим выбором. Еще одним фактором является размер самого двигателя. Из-за сложной конструкции серводвигатели крупнее и тяжелее шаговых двигателей.

Управление двигателем

Шаговые двигатели перемещаются на предопределенное количество шагов с каждым импульсом, и контроллер не может узнать, двигался ли двигатель. В то время как серводвигатель имеет замкнутый контур управления, что означает, что двигатель отправляет информацию о своем положении и направлении обратно на контроллер.

Таким образом контроллер может проверить, не возникла ли какая-либо ошибка. Это может иметь решающее значение при работе с дорогими заготовками, например, допустим, вы делаете 25-миллиметровый разрез на дорогой заготовке, и что-то заклинило ваши линейные приводы или портал.

Если вы используете шаговые двигатели, двигатель пропустит несколько шагов и продолжит резку, а из-за пропуска шагов он остановится и не будет резать до 25 мм. Вам придется выбросить заготовку (или перепрофилировать ее) и начать с новой.

Принимая во внимание, что если вы используете сервоприводы, контроллер знает, как далеко сдвинулась ось, и будет продолжать движение, пока не завершит весь рез. Что ж, это также означает, что контроллер для серводвигателя сложнее и дороже, чем контроллер для шагового двигателя.

Шаговый двигатель MASSO с замкнутым контуром и драйвером — Nema 23 — 3 Нм

Еще одним вариантом достижения хороших результатов при низких затратах является использование шаговых двигателей с замкнутым контуром. Эти двигатели не такие дорогие, как серводвигатели, и обладают всеми характеристиками шагового двигателя с дополнительным преимуществом предотвращения ошибок. Например, наши фрезерные станки с ЧПУ GT5 оснащены шаговыми двигателями NEMA 23 с обратной связью. Он имеет датчики положения, которые обеспечивают обратную связь для коррекции положения.

Итак, если вы хотите делать точные разрезы на заготовках для операций, где любая ошибка может иметь катастрофические последствия, серводвигатели идеальны. Однако программирование сервопривода сложнее, чем программирование шагового двигателя, что делает шаговые двигатели лучшим выбором для начинающих.

Скорость и крутящий момент

Шаговые двигатели эффективно работают со скоростью 1200 об/мин или ниже и могут создавать высокий крутящий момент на низких скоростях. Вы можете найти шаговые двигатели с удерживающим моментом, как правило, между 0,7 Нм и 3 Нм.

Но этот крутящий момент уменьшается по мере увеличения скорости двигателя, иногда до 80% при очень высоких оборотах. Серводвигатели работают со скоростью более 2000 об/мин и доступны с гораздо более высоким номинальным крутящим моментом, чем шаговые двигатели, что делает их быстрее, чем шаговые двигатели.

Преимущество серводвигателей заключается в том, что они способны обеспечивать постоянный крутящий момент во всем диапазоне скоростей.

Очевидно, что сервоприводы имеют лучшие характеристики крутящего момента по сравнению с шаговыми двигателями, поэтому, если вы хотите использовать действительно тяжелые шпиндели, вам могут понадобиться сервоприводы. Кроме того, если вы используете тяжелые порталы вместе с тяжелым шпинделем, вам следует рассмотреть возможность использования сервоприводов для увеличения скорости.

Кроме того, сервоприводы лучше работают при динамических нагрузках. Это означает, что сервоприводы стабильно работают с разными материалами и настройками резки, поскольку они падают под разными нагрузками.

Но это не означает, что шаговые двигатели всегда являются плохим выбором для больших фрезерных станков с ЧПУ. Шаговый двигатель NEMA 34 может работать со шпинделем мощностью 5,5 кВт и при этом достигать высоких скоростей около 3000 мм в минуту.

Еще одно существенное различие между ними — время, затрачиваемое на нарезку. Двигатели не могут мгновенно достичь полной скорости, им требуется время, чтобы разогнаться до полной скорости и остановиться.

Сервоприводы ускоряются и замедляются на несколько миллисекунд по сравнению с шаговыми двигателями. Несколько миллисекунд не будут иметь значения, если вы изготавливаете детали с быстрым циклом и с минимальным количеством изменений направления резки.

Но при изготовлении деталей, для которых шпиндель должен часто менять направление, двигатели должны останавливаться, а затем ускоряться в новом направлении. В таких случаях эти миллисекунды складываются, и существует значительная разница во времени выполнения проекта между сервоприводами и шаговыми двигателями.

Вывод таков: если вы работаете в производственной среде, где большое значение имеет скорость производства, вам следует использовать серводвигатели.

Удерживающий момент

Удерживающий момент определяет способность вала двигателя оставаться на месте, когда катушки находятся под напряжением. Шаговый двигатель не будет вращаться без входного сигнала, пока крутящий момент на валу двигателя меньше удерживающего момента двигателя.

Принимая во внимание, что в серводвигателе удерживающий момент практически отсутствует. Так как же серводвигатель удерживает нагрузку на месте? Механизм обратной связи в серводвигателе обнаруживает любое изменение положения вала и мгновенно корректирует положение вала. Он в основном колеблется в удерживаемом положении, но колебания незначительны.

Но при неправильной настройке сервоприводов возникает вибрация и шум при удержании груза в стационарном положении. Удерживающий момент является основным фактором, когда вам нужно удерживать груз в вертикальном направлении, например, в случае шпинделя на оси Z.

Это особенно важно при использовании шарико-винтовых пар для линейного перемещения. Внутреннее трение в шарико-винтовых передачах низкое, и они могут иметь обратный привод. Это означает, что если вы используете шариковый винт на оси Z и поднимаете шпиндель вверх, вес шпинделя может опустить шариковый винт вниз.

Чтобы предотвратить это, двигатель, соединенный с компонентом линейного перемещения, должен иметь достаточный удерживающий момент, чтобы предотвратить обратное движение нагрузки компонентов линейного перемещения.

Использование шагового двигателя с достаточным удерживающим моментом — простой и легкий способ добиться этого. Сервоприводы могут выполнять такую ​​же хорошую работу, но вам потребуется тщательно настроить контроллер, чтобы предотвратить ненужные вибрации и шум, которые могут повредить другие компоненты вашей сборки.

Входная мощность и эффективность

Шаговые двигатели работают от постоянного тока и обычно работают на полную мощность независимо от нагрузки. Шаговые двигатели имеют КПД около 70%. С другой стороны, вы можете найти сервоприводы, которые работают от источника переменного или постоянного тока, и они потребляют мощность, пропорциональную нагрузке, которую они несут, поэтому сервоприводы могут давать 80-90% эффективности.

Потребляемая мощность является фактором, который следует учитывать при работе в производственной среде, и дополнительные деньги, которые вы тратите на сервоприводы, могут сэкономить ваши деньги на счетах за электроэнергию. Однако, если объемы вашего производства невелики, а нагрузки меньше, инвестиции в сервопривод не имеют реальной экономической выгоды, что делает шаговые двигатели лучшим выбором.

Точность и повторяемость

Разрешение двигателей с ЧПУ является фактором, влияющим на точность и повторяемость станков с ЧПУ. Как правило, разрешение шаговых двигателей зависит от количества шагов.

Типичный шаговый двигатель имеет 200 шагов, что означает, что он поворачивается на 1,8 градуса при каждом полученном им импульсе. Если вы используете микрошаг, вы можете улучшить это разрешение. Например, если вы используете микрошаг 1/8, разрешение станет 0,225 градуса на 200-шаговом двигателе.

Кроме того, шаговые двигатели часто предпочитают из-за их простой конструкции и системы с разомкнутым контуром, которые практически не требуют настройки. Следовательно, они обеспечивают хорошую точность без особой настройки.

Сервоприводы, с другой стороны, используют энкодер для определения положения вала двигателя, а разрешение двигателя зависит от энкодера и способности контроллера точно регулировать напряжение и ток. например, если серводвигатель имеет разрешение 1000 импульсов/об, это показывает, что контроллер сможет определять каждые 0,36 градуса поворота вала двигателя.

Теоретически, сервоприводы имеют бесконечное разрешение, но вам необходимо правильно настроить их и поддерживать энкодер и контроллер в хорошем состоянии для достижения очень высокой точности. Для любительских приложений, где вам не требуется высокая точность и прецизионность, степперы являются вполне разумным выбором.

Однако шаговые двигатели могут пропускать шаги и вызывать ошибочные отрезки, когда они нагреваются из-за непрерывной работы. Серводвигатели имеют лучшую точность позиционирования, чем шаговые двигатели. Это связано с тем, что серводвигатели имеют замкнутый контур управления, что позволяет им корректировать свои движения. Вы также можете получить хорошую повторяемость от серводвигателей, если они повернуты правильно. Их повторяемость также зависит от качества используемого энкодера.

Шум

Шум может быть проблемой при работе ЧПУ. Шаговые двигатели могут быть немного шумными по сравнению с серводвигателями.

Чтобы решить эту проблему, вы можете использовать драйверы шаговых двигателей, поддерживающие микрошаги, что помогает снизить уровень шума. Вы можете найти шаговые драйверы, которые могут управлять микрошагом до 1/128, чтобы значительно снизить уровень шума и обеспечить плавное движение вала на низких скоростях.

Кроме того, микрошаг устраняет влияние резонансной частоты, которая вызывает вибрации в шаговых двигателях. Однако микрошаговое управление может создавать меньший крутящий момент, который может составлять около 70% от крутящего момента, создаваемого при полношаговом управлении.

Вы можете использовать серводвигатели для устранения шума и вибраций двигателя, но вам все равно придется беспокоиться о шуме фрезерного станка/шпинделя. Как правило, шум фрезера/шпинделя перевешивает все остальное, и это делает шум двигателя незначительным.

Срок службы и техническое обслуживание

Шаговые двигатели состоят из меньшего количества компонентов, и подшипник является единственной изнашиваемой деталью, которую можно заменить. Серводвигатели используют энкодеры и редукторы в качестве основных компонентов, что делает их механически сложными. Следовательно, шаговые двигатели требуют меньше обслуживания по сравнению с серводвигателями.

Однако шаговые двигатели более подвержены повреждениям из-за механических ошибок, таких как перегрузка и заедание, чем серводвигатели.

Стоимость — сервопривод или шаговый двигатель

Стоимость часто является основной причиной выбора шаговых двигателей, а не сервоприводов. Типичный сервопривод как минимум в три раза дороже шагового двигателя того же размера и мощности.

Это связано со сложностью конструкции. Шаговые двигатели используют систему без обратной связи и имеют простую конструкцию, исключающую сложность и дополнительную стоимость. В серводвигателях используется конструкция с обратной связью, которая включает энкодер или резольвер и редуктор для создания крутящего момента. Кроме того, контроллеры серводвигателей используют сложные схемы для достижения высокой производительности.

Драйверы шаговых двигателей недороги по сравнению с сервоприводами из-за их простой конструкции и доступности. В целом дополнительные компоненты и сложная система делают систему серводвигателя дорогостоящей.

Однако в условиях промышленного производства дополнительные затраты оправдываются более высокой эффективностью системы серводвигателя. Кроме того, сервоприводы производят детали, которые имеют меньше брака и сокращают потери сырья.

Заключение

Рассмотренные выше функции должны помочь вам решить, какой двигатель выбрать для настройки вашего фрезерного станка с ЧПУ. В первую очередь, какой двигатель вы выберете, зависит от вашего бюджета и типа работы, которую вы будете выполнять. На мой взгляд, для приложений, не требующих сверхвысокой точности, например, в деревообработке, шаговые двигатели — хороший выбор.

Для сравнения: в большинстве дешевых фрезерных станков с ЧПУ используются шаговые двигатели, а не серводвигатели. Шаговые двигатели обычно могут обеспечивать скорость подачи от 50 до 1000 мм в минуту, а сервоприводы могут достигать скорости более 5000 мм в минуту. Если вам нужна очень высокая точность и высокая скорость производства, лучшим выбором будет сервопривод.

Вы также можете рассмотреть шаговый двигатель с обратной связью, который хорошо предотвращает ошибки из-за пропущенных шагов и может быть хорошим вариантом, когда вам нужно недорогое решение для работы с дорогими заготовками.

Шаговый двигатель с замкнутым контуром и драйвером — NEMA 23 -2,2 Нм

Почему серводвигатели дороже шаговых?

В серводвигателях используются редкоземельные магниты, которые дороже, чем обычные магниты, используемые в шаговых двигателях. Серводвигатели также имеют энкодер или резольвер и редуктор. Следовательно, общая компоновка делает серводвигатели механически более сложными и более дорогими, чем шаговые двигатели.

Могу ли я добавить внешний энкодер к своим шаговым двигателям?

К шаговым двигателям можно добавить внешние энкодеры. Энкодер позволяет отслеживать положение и скорость вала двигателя. Добавление энкодера на шаговый двигатель оказывает значительное влияние на производительность двигателя.

Могу ли я модернизировать свой фрезерный станок с ЧПУ с помощью шагового двигателя с обратной связью?

Да. Но если вы используете шаговый драйвер без обратной связи с шаговым двигателем с обратной связью, вы не сможете подключить энкодер двигателя к драйверу. Следовательно, вам также необходимо обновить драйвер шагового двигателя.

Сервопривод или шаговый двигатель для ЧПУ. Какой двигатель вам нужен?

Станки с ЧПУ в основном используют либо шаговые двигатели, либо серводвигатели для привода своих осей.

Хотя оба двигателя могут управлять движением режущих инструментов и осей, в чем разница между ними?

Вместо того, чтобы углубляться в их теоретические различия, я расскажу вам о каждом важном отличии, имеющем практическое значение с точки зрения применения ЧПУ.

57 Почти в 3 раза дешевле аналогичного серводвигателя

Разница между серводвигателем и шаговый двигатель

1.

Размер фрезерного станка с ЧПУ

Размер фрезерного станка с ЧПУ играет жизненно важную роль при выборе двигателя.

Если вы хотите настроить фрезерный станок с ЧПУ с небольшой площадью основания и небольшой рабочей зоной, шаговый двигатель может быть лучше, чем сервопривод.

Как правило, шаговые двигатели используются для привода компонентов линейного перемещения, таких как ременный привод, ходовой винт и шарико-винтовая передача фрезерных станков с ЧПУ с максимальной площадью резания 4 х 4 фута.

Некоторые промышленные фрезерные станки с ЧПУ начального уровня с площадью резания 4 x 8 футов и 5 x 10 футов также используют шаговые двигатели, что помогает снизить стоимость.

В больших фрезерных станках с ЧПУ размеры порталов велики и склонны к изгибу, для предотвращения изгиба используется более тяжелая конструкция.

В таких случаях серводвигатель является более подходящим выбором.

Серводвигатели

Другим фактором является размер самого двигателя. Из-за сложной конструкции серводвигатели крупнее и тяжелее шаговых двигателей.

Это означает, что для небольших приложений с ЧПУ шаговые двигатели являются лучшим выбором.

2. Управление двигателем

Шаговые двигатели перемещаются на предопределенное количество шагов с каждым импульсом, и контроллер не может узнать, двигался ли двигатель.

Принимая во внимание, что серводвигатель имеет замкнутый контур управления, что означает, что двигатель отправляет информацию о своем положении и направлении обратно в контроллер.

Таким образом контроллер может проверить, не возникла ли какая-либо ошибка. Это может иметь решающее значение при работе с дорогостоящими заготовками.

Например, предположим, что вы делаете 2-дюймовый разрез на дорогостоящей заготовке, и что-то заклинило ваши линейные приводы или портал.

Если вы используете шаговые двигатели, двигатель пропустит несколько шагов и продолжит резку, а из-за пропуска шагов он остановится и не будет резать до 2 дюймов.

Вам придется выбросить заготовку (или перепрофилировать ее) и начать с новой.

Принимая во внимание, что если вы используете сервоприводы, контроллер знает, как далеко на самом деле переместилась ось, и будет продолжать движение, пока не завершит весь рез.

Это также означает, что контроллер для серводвигателя сложнее и дороже, чем контроллер для шагового двигателя.

Еще одним способом достижения хороших результатов при низких затратах является использование шаговых двигателей с обратной связью.

Эти двигатели не такие дорогие, как серводвигатели, и обладают всеми характеристиками шагового двигателя с дополнительным преимуществом предотвращения ошибок.

Например, ToAUTO имеет шаговый двигатель NEMA 23 с обратной связью. Он имеет датчики положения, которые обеспечивают обратную связь для коррекции положения.

Итак, если вы хотите выполнять точные разрезы на заготовках в тех случаях, когда любая ошибка может иметь катастрофические последствия, серводвигатели идеальны.

Однако программирование сервопривода сложнее, чем программирование шагового двигателя, что делает шаговые двигатели лучшим выбором для начинающих.

Шаговый двигатель с контроллером

3. Скорость и крутящий момент

Шаговые двигатели эффективно работают при 1200 об/мин или ниже и могут создавать высокий крутящий момент на низких скоростях.

Вы можете найти шаговые двигатели с удерживающим моментом, как правило, от 30 унций на дюйм до 1500 унций на дюйм.

Но этот крутящий момент уменьшается по мере увеличения скорости двигателя, иногда до 80% при очень высоких оборотах.

Серводвигатели работают со скоростью более 2000 об/мин и имеют гораздо более высокий номинальный крутящий момент, чем шаговые двигатели, что делает их быстрее шаговых двигателей.

Преимущество серводвигателей заключается в том, что они способны обеспечивать постоянный крутящий момент во всем диапазоне скоростей.

Очевидно, что сервоприводы имеют лучшие характеристики крутящего момента по сравнению с шаговыми двигателями, поэтому, если вы хотите использовать действительно тяжелые шпиндели, вам могут понадобиться сервоприводы.

Кроме того, если вы используете тяжелые порталы вместе с тяжелым шпинделем, вам следует рассмотреть возможность использования сервоприводов для увеличения скорости.

Кроме того, сервоприводы лучше работают при динамических нагрузках.

Это означает, что сервоприводы одинаково работают при работе с различными материалами и настройками резки, поскольку они снижают нагрузку при различных нагрузках.

Но это не означает, что шаговые двигатели всегда являются плохим выбором для больших ЧПУ.

Шаговый двигатель NEMA 34 может работать со шпинделем мощностью 7 л.с. на фрезерном станке с ЧПУ из алюминия и стали и при этом достигать высокой скорости около 1000 дюймов в минуту.

Крутящий момент в зависимости от скорости вращения шагового двигателя и серводвигателя

Другим важным отличием между ними является время, затрачиваемое на резку. Двигатели не могут мгновенно достичь полной скорости, им требуется время, чтобы разогнаться до полной скорости и остановиться.

Сервоприводы ускоряются и замедляются на несколько миллисекунд по сравнению с шаговыми двигателями.

Несколько миллисекунд не будут иметь значения, пока вы изготавливаете детали с быстрым циклом и с минимальным количеством изменений направления резки.

Но при изготовлении деталей, для которых шпиндель должен часто менять направление, двигатели должны останавливаться, а затем ускоряться в новом направлении.

В таких случаях эти миллисекунды складываются, и существует значительная разница во времени выполнения проекта между сервоприводами и шаговыми двигателями.

Вывод таков: если вы работаете в производственной среде, где большое значение имеет скорость производства, вам следует использовать сервоприводы.

4. Удерживающий момент

Удерживающий момент определяет способность вала двигателя оставаться на месте, когда катушки находятся под напряжением.

Шаговый двигатель не будет вращаться без входного сигнала, пока крутящий момент на валу двигателя меньше удерживающего момента двигателя.

Принимая во внимание, что в серводвигателе удерживающий момент практически отсутствует. Так как же серводвигатель удерживает нагрузку на месте?

Механизм обратной связи в серводвигателе обнаруживает любое изменение положения вала и мгновенно корректирует положение вала. Он в основном колеблется в удерживаемом положении, но колебания незначительны.

Но при неправильной настройке сервоприводов возникает вибрация и шум при удержании груза в стационарном положении.

Удерживающий момент является основным фактором, когда вам необходимо удерживать груз в вертикальном направлении, например, в случае шпинделя на оси Z.

Это особенно важно при использовании шарико-винтовых пар для линейного перемещения.

В ШВП низкое внутреннее трение, и они могут иметь обратный ход.

Это означает, что если вы используете шариковый винт на оси Z и поднимаете шпиндель вверх, вес шпинделя может опустить шариковый винт вниз.

Чтобы предотвратить это, двигатель, соединенный с компонентом линейного перемещения, должен иметь достаточный удерживающий момент, чтобы предотвратить обратное движение нагрузки компонентов линейного перемещения.

Использование шагового двигателя с достаточным удерживающим моментом — простой и легкий способ добиться этого.

Сервоприводы могут работать так же хорошо, но вам потребуется тщательно настроить контроллер, чтобы предотвратить ненужные вибрации и шум, которые могут повредить другие компоненты вашей сборки.

Шаговый двигатель с ШВП

5. Входная мощность и эффективность

Шаговые двигатели работают от постоянного тока и обычно работают на полную мощность независимо от нагрузки. Шаговые двигатели имеют КПД около 70%.

С другой стороны, вы можете найти сервоприводы, которые работают от источника переменного или постоянного тока, и они потребляют мощность, пропорциональную нагрузке, которую они несут, поэтому сервоприводы могут давать 80-90% эффективности.

Потребляемая мощность является фактором, который следует учитывать при работе в производственной среде, и дополнительные деньги, которые вы тратите на сервоприводы, могут сэкономить ваши деньги на счетах за электроэнергию.

Однако, если объемы производства невелики, а нагрузки меньше, инвестиции в сервопривод не имеют реальной экономической выгоды, что делает шаговые двигатели лучшим выбором.

6. Точность и повторяемость

Разрешение двигателей с ЧПУ является фактором, влияющим на точность и повторяемость фрезерных станков с ЧПУ.

Как правило, разрешение шаговых двигателей зависит от количества шагов.

Типичный шаговый двигатель имеет 200 шагов, что означает, что он поворачивается на 1,8 градуса при каждом полученном им импульсе.

Если вы используете микрошаг, вы можете улучшить это разрешение. Например, если вы используете микрошаг 1/8, разрешение станет 0,225 градуса на 200-шаговом двигателе.

Кроме того, шаговые двигатели часто предпочитают из-за их простой конструкции и системы с разомкнутым контуром, которые практически не требуют настройки. Следовательно, они обеспечивают хорошую точность без особой настройки.

Сервоприводы, с другой стороны, используют энкодер для определения положения вала двигателя, а разрешение двигателя зависит от энкодера и способности контроллера точно регулировать напряжение и ток.

Например, если серводвигатель имеет разрешение 1000 импульсов/об, это показывает, что контроллер сможет определять каждые 0,36 градуса поворота вала двигателя.

Теоретически сервоприводы имеют бесконечное разрешение, но для достижения очень высокой точности их необходимо правильно настроить и поддерживать энкодер и контроллер в хорошем состоянии.

Для любительских приложений, где не требуется высокая точность и прецизионность, шаговые двигатели являются вполне разумным выбором.

Однако шаговые двигатели могут пропускать шаги и вызывать ошибочные отрезки, когда они нагреваются из-за непрерывной работы.

Серводвигатели имеют более высокую точность позиционирования, чем шаговые двигатели.

Это связано с тем, что серводвигатели имеют замкнутый контур управления, который позволяет им корректировать свои движения.

Вы также можете получить хорошую повторяемость от серводвигателей, если они повернуты правильно. Их повторяемость также зависит от качества используемого энкодера.

Датчик вращения для определения положения вала

7. Шум

Шум может быть проблемой при работе ЧПУ.

Шаговые двигатели могут быть немного шумными по сравнению с серводвигателями.

Чтобы преодолеть это, вы можете использовать драйверы шаговых двигателей с поддержкой микрошагов, что помогает снизить уровень шума.

Вы можете найти шаговые драйверы, которые могут управлять микрошагом до 1/128, чтобы значительно снизить уровень шума и обеспечить плавное движение вала на низких скоростях.

Кроме того, микрошаг устраняет влияние резонансной частоты, которая вызывает вибрации в шаговых двигателях.

Однако микрошаговый режим может создавать меньший крутящий момент, который может составлять около 70 % крутящего момента, создаваемого при полношаговом управлении.

Вы можете использовать серводвигатели для устранения шума и вибраций двигателя, но вам все равно придется беспокоиться о шуме фрезерного станка/шпинделя.

Как правило, шум фрезера/шпинделя подавляет все остальное, поэтому шум двигателя становится незначительным.

8. Срок службы и техническое обслуживание

Шаговые двигатели состоят из меньшего количества компонентов, и подшипник является единственной изнашиваемой деталью, которую можно заменить.

Серводвигатели используют энкодеры и редукторы в качестве основных компонентов, что делает их механически сложными.

Следовательно, шаговые двигатели требуют меньше обслуживания по сравнению с серводвигателями.

Однако шаговые двигатели более подвержены повреждениям из-за механических ошибок, таких как перегрузка и заедание, чем серводвигатели.

9. Стоимость — сервопривод или шаговый двигатель

Стоимость часто является основной причиной выбора шаговых двигателей, а не сервоприводов.

Типовой сервопривод как минимум в три раза дороже шагового двигателя того же размера и мощности.

Это связано со сложностью конструкции.

Шаговые двигатели используют систему разомкнутого контура и имеют простую конструкцию, исключающую сложность и дополнительную стоимость.

Серводвигатели используют конструкцию с замкнутым контуром, которая включает энкодер или резольвер и редуктор для создания крутящего момента.

Кроме того, контроллеры серводвигателей используют сложные схемы для достижения высокой производительности.

Драйверы шаговых двигателей недороги по сравнению с сервоприводами из-за их простой конструкции и доступности.

В целом дополнительные компоненты и сложная система делают систему серводвигателя дорогостоящей.

Серводвигатель с приводом

Однако в условиях промышленного производства дополнительные затраты оправдываются более высокой эффективностью системы серводвигателя.

Кроме того, сервоприводы производят детали, которые имеют меньше брака и сокращают потери сырья.

10. Заключение

Рассмотренные выше функции должны помочь вам решить, какой двигатель выбрать для настройки вашего фрезерного станка с ЧПУ.

В первую очередь выбор мотора зависит от вашего бюджета и типа работы, которую вы будете выполнять.

На мой взгляд, для приложений, не требующих сверхвысокой точности, например, в деревообработке, шаговый двигатель является хорошим выбором.

Для сравнения, в большинстве фрезерных станков с ЧПУ стоимостью менее 25 000 долларов США используются шаговые двигатели, а не серводвигатели.

Шаговые двигатели обычно могут обеспечивать скорость подачи от 50 до 1000 дюймов в минуту, в то время как сервоприводы могут работать со скоростью выше 2500 дюймов в минуту.

Если вам нужна очень высокая точность и высокая производительность, лучшим выбором будет сервопривод.

Вы также можете рассмотреть шаговый двигатель с обратной связью, который хорошо предотвращает ошибки из-за пропущенных шагов и может быть хорошим вариантом, когда вам нужно недорогое решение для работы с дорогими заготовками.

Вы также можете ознакомиться со статьей DC против шагового двигателя

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Почему в большинстве фрезерных станков с ЧПУ используются шаговые двигатели вместо серводвигателей?

Шаговые двигатели имеют небольшие габариты и простую конструкцию, идеально подходящие для небольших устройств, таких как фрезерные станки с ЧПУ. Они также дешевле, чем серводвигатели.

Почему серводвигатели дороже шаговых?

В серводвигателях используются редкоземельные магниты, которые дороже, чем обычные магниты, используемые в шаговых двигателях. Серводвигатели также имеют энкодер или резольвер и редуктор. Следовательно, общая компоновка делает серводвигатели механически более сложными и более дорогими, чем шаговые двигатели.

Могу ли я самостоятельно заменить энкодер моего серводвигателя?

Самостоятельно заменить энкодер в серводвигателе очень сложно. Для этого требуется найти смещение между энкодером и положением ротора, и лучше всего это может сделать обученный обслуживающий персонал.

Могу ли я добавить внешний энкодер к своим шаговым двигателям?

К шаговым двигателям можно добавить внешние энкодеры. Энкодер позволяет отслеживать положение и скорость вала двигателя. Добавление энкодера на шаговый двигатель оказывает значительное влияние на производительность двигателя.