Cum sa alegi si sa dimensionezi motoare pas cu pas pentru un hobby CNC

[La Trovanti]

Construiesc primul  CNC și am trecut prin multe site-uri incercand sa adun informatii cu privire la acest subiect.

În esență, există urmatoarele abordari:

-Prima si cea mai utilizata este abordarea mecanica atunci când calculam fortele (cuplul) necesare pentru a depășit frecare, forța de taiere a  materialul sau pentru a obtine accelerare la pornire / oprire. Această cale este foarte scolastica și necesită cunoștințe avansate(nu imposibila).

-A doua  este ceva experimental când vom construi o mașină si apoi incercam sa o imbunatatim. Eventual ceva intermediar cand construim mecanica CNC si apoi tragand cu un dinamometru estimam necesarul de forta.

Și a treia metodă o voi numi  valoare pentru bani; vom încerca să aleagem cele mai bune piese pentru un buget dat. Ideea a fost împrumutat de la  Tom’s Hardware  site- construieste cel mai bun desktop PC cu un buget limitat.

 

Am ales 4 motoare pas cu pas de pe e-bay și le vom compara:

Cuplul produs de rotor este direct proporțional cu curentul în înfășurările armăturii. Constanta de proporționalitate este constanta de cuplu a motorului.

Mo = I x Km

Mo = cuplul dezvoltat la rotor

kM = constanta motorului

Model                           I(A)           Rezistența (Ω)            inductanță (mH)         cuplu (oz.in)            Conexiune              Preț

23HS9430B                     3                      1.6                                  6.8                        425                       4                          30GBP

57BYGH41-401A         2,8                   0,7                                  1,4                       76                          4                       16.5GBP

57BYGH627                 3                        1.6                                  3.5                     270                          4                         27GBP

23HS45-3008D           4,2                     0,4                               1,7                        354                 8 paralel                    39GBP

23HS45-3008D            2.12                      1.6                                  6.8                        240                 8 serie                      39GBP

 

Prin urmare, 23HS9430B la jumătate din curentul maxim va avea jumătate de cuplu 212 oz.in și așa mai departe.

Dar trebuie să luam în considerare cuplul dinamic, atunci când motorul se învârte.

Acum intră în joc inductanța care începe sa limiteze a curentul.

U = L x ΔI / At sau luând în considerare numai amplitudinea U = ώLI; Legea lui Ohm pentru inductanță

Am ales sursa de alimentare 36V și f = 1000Hz. Pentru a simplifica am de gând să ignor rezistența

ώ = 2πf = 2x3.14x1000hz.

I (6.8mH) = 36 / (6.28x6.8) = 0.84A

I (1.4mH) = 36 / (6.28x1.4) = 4.09A

I (1.7mH) = 36 / (6.28x1.7) = 3.37A

I (3.5mH) = 36 / (6.28x3.5) = 1.63A

 

Cuplul la 1000Hz este: cuplul maxim x curent / curent maxim

23HS9430B 425x0.84 / 3 = 119 oz.in

57BYGH41-401A (curentul limită este 4.09A mai mare decât curentul maxim) 76 oz.in

57BYGH627 270x1.6 / 3 = 144 oz.in

23HS45-3008D bipolar paralel 354x3.37 / 4.2 = 284 oz.in

Bipolar serial 240x0.84 / 2.12 = 95 oz.in

Aceasta este cuplul real de care suntem interesati:

Model                                          cuplu 0Hz                          Cuplu 1000Hz                 Pret                     Cuplu / preț (cat mai mare )

 

23HS9430B                                 425                                          119                     30GBP                      3,96

57BYGH41-401A                           76                                            76                       16.5GBP                   4.6

57BYGH627                                  270                                          144                       27GBP                      5.3

23HS45-3008D                              354                                          284                     39GBP                      7,28

23HS45-3008D                              240                                            95                     39GBP                      2.4

 

 

În concluzie cea mai bună valoare pentru bani este  23HS45-3008D in conexiune paralelă. De asemenea, este cel mai puternic la 1000 Hz. După cum puteți vedea 23HS9430B în ciuda faptului că este "cel mai puternic" vine ultimul. Repet aceasta metoda nu calculeaza forte, acceleratii, doar permite sa faceti cea mai buna alegere pentru banii care vreti sa-i investiti. Sper ca am fost de ajutor.      

adresa de contact  http://www.cazare-horezu-pensiuni.ro/

Editat Ianuarie 7, 2015 de La Trovanti

[visinica]

Buna

teoria ca teoria dar practica ne omoara

primu lucru ar trebui e sa te gandesti la ce vei folosi cnc-ul

sfatul meu ar fi sa cumperi un kitt de cnc gata facut si sa ti-l construiasca cineva

daca nu ai cunostinte vei cheltui mult mai multi bani ca si unu gata facut

eu zic sa cauti pe cineva sa te ajute

iti urez succes

Editat Ianuarie 20, 2015 de visinica

[La Trovanti]

Era mai interesant daca raspundeai la subiectul propus

[visinica]

raman la parerea mea, sa ia legatura cu cineva care sa il ajute 

oricum sursa aia nu ajunge

Editat Ianuarie 27, 2015 de visinica

[katran]

Ideea de a gasi o modalitate de a cheltui banii inteligent este foarte buna ... modul de abordare foarte " arid " insa ... parerea mea .De asemenea , eu personal consider ca este mult mai importanta partea mecanica a unui CNC . Sunt foarte curios daca s-ar putea faceun studiu asemanator in ceea ce priveste componentele de structura , miscare liniara , precizie , pentru un utilaj CNC construit in regim DIY .On topic ...Presupun ca toate acele formule / date de functionare / parametri , sunt corecte ... eu fiind absolut nestiutor in materie . Nu indraznesc sacontrazic matematica folosita , nici rezultatele . Insa " visinica " a pus o intrebare de bun simt : la ce vrei sa folosesti masina ? Daca ai dedeplasat mase relative mici , concluziile tale sunt probabil corecte ... dar ai de luat in calcul mai multi factori : suruburile folosite ( trapezsau bile ) , ghidajele liniare utilizate ( profilate sau bare rectificate ) , precizia de lucru urmarita ( toolroom / 0.025mm sau DIY / de la 0.1 in sus )si asa mai departe ...Ca o paranteza , nu sunt chiar incepator in domeniul asta ... am construit cateva masini " pe genunchi " , si am adunat ceva experienta ... este foarteadevarat ca majoritatea solutiilor implementate de mine sunt eminamente empirice , dar au dat rezultate satisfacatoare ...Oricum , succes la construit , bafta si rabdare !!!cheers.

[La Trovanti]

Da, ma stradui sa fac un CNC pentru lemn cu bani putini.

Ideea de structura am preluat-o de pe youtube:

La aceasta solutie ar fi problema cu axa X si Y care sunt sustinute la capete.

Axa Z la mine este grea si voi folosi contragreutate sa atenuez pe cat posibil vibratiile.

F=m*a Daca folosesti contragreutate motorul Z va munci dublu sa accelereze, dar se anuleaza impingerea produsa de acceleratii in axa X si Y. Forta statica nu produce vibratii.

Axa Y o voi modifica si sprijini partea mobila in ambii suporti sa cresc rigiditatea.

Folosesc suruburi cu bile sa nu am probleme cu motoarele.

Inca nu am avut timp sa pun piesele cap la cap si o sa mai dau informatii pe masura ce lucrez.

 

Daca vreti sa ma ajutati va rog spuneti cum pot realiza o prelucrare in 3D ? Am reusit un model in Autocad Inventor si ma stradui sa-l trec in G code. Masina va avea  4 axe.

Editat Ianuarie 30, 2015 de La Trovanti

[katran]

Pentru axa Z I-ti sugerez sa folosesti un piston pneumatic pentru compensarea greutatii ... daca vrei pot sa detaliez .Presupun ca stii ce e ala un software CAM ... cu asa ceva generezi codurile G . Pentru 4 axe , ai nevoie de un soft nitel mai intelligent decatArtCam ... ex : SolidCam , RhinoCam , Aspire , SprutCam . Nu-I mare scofala , trebuie doar sa stii exact unde sunt punctele zero ( originea axelor )care este axa de rotatie ... exista tutorial foarte bune pe net .Cheers.

[La Trovanti]

Katran, nu greutatea ma deranjeaza la axa Z; ci vibratiile care pot aparea in axele X,Y suspendate la capete. Cand axa Z accelereaza apare forta F=m*a care deformeaza axa X, Y de unde o posibila vibratie. Daca pui contragreutate forta pe capul de prelucrare si pe contragreutate sunt in sens opus si se compenseaza. Nu am verificat dar asa spune teoria. Pistonul pneumatic nu ajuta in acest caz.

[katran]

Pistonul pneumatic ajuta ... nu vorbesc din carti , am aplicat solutia asta la vreo 3 masini . Test : frezare canal cu freza de 10mm diametru ( carburananograde , 3 taisuri la 45 de grade ) , adancime de taiere 1,8 - 2mm , viteza de taiere 30mm/sec , 10.000-12.000rpm . Cota se pastreaza in limitatoolroom ( 0.02mm ) , finish oglinda ( ajutat nitel cu cateva fas-uri de WD40 ) .Nu prea inteleg eu ce vrei sa spui cu axele suspendate ... nu vizualizez ... poate o schita ar fi de ajutor ?Cat despre ce spune teoria si cum arata de fapt practica ... aici e o intreaga discutie , si nu stiu daca e cazul s-o avem ... o sa plictisim pe toatalumea care va citi topical , si nu e de dorit ... Fiecare are o idee proprie vis s vis de acest subiect , si e tare greu sa schimbi optica ...Apropo de pistonul pneumatic ... eu ma refer la pistoane de compensare , care au si arc , si ulei sau alt lichid de gen ... plus sistemul de presurizareaferent ( de obicei azot ) , care poate fi calibrat ( intre anumite limite , evident ) cu ajutorul unui ventil ( vezi pistoanele Bimba ) ...cheers.

[La Trovanti]

Patratele de pe axa X sunt sustinute doar la capete. Daca apesi cu o forta la jumatate , nu se vor deforma? Elimini forta isi revin la veche pozitie, nu? Miscarea axei Z sus/ jos produce aceste forte NEUNIFORME ceea ce poate produce oscilatii. Daca folosesti contrageutate (pricipiul scripetelui) pe axa Z apare 2 forte contrare care se anuleaza , eliminand vibratiile pe axa X si Y (conform teoriei). De aceea este de preferat solutia cu ghidaje liniare sustinute pe toata lungimea (mult mai scump).

As adauga o fotografie pentru explicatie, dar nu stiu cum sa adaug.

Editat Ianuarie 30, 2015 de La Trovanti

[La Trovanti]

Pistonul pneumatic ajuta ... nu vorbesc din carti , am aplicat solutia asta la vreo 3 masini . Test : frezare canal cu freza de 10mm diametru ( carburananograde , 3 taisuri la 45 de grade ) , adancime de taiere 1,8 - 2mm , viteza de taiere 30mm/sec , 10.000-12.000rpm . Cota se pastreaza in limitatoolroom ( 0.02mm ) , finish oglinda ( ajutat nitel cu cateva fas-uri de WD40 ) .Nu prea inteleg eu ce vrei sa spui cu axele suspendate ... nu vizualizez ... poate o schita ar fi de ajutor ?Cat despre ce spune teoria si cum arata de fapt practica ... aici e o intreaga discutie , si nu stiu daca e cazul s-o avem ... o sa plictisim pe toatalumea care va citi topical , si nu e de dorit ... Fiecare are o idee proprie vis s vis de acest subiect , si e tare greu sa schimbi optica ...Apropo de pistonul pneumatic ... eu ma refer la pistoane de compensare , care au si arc , si ulei sau alt lichid de gen ... plus sistemul de presurizareaferent ( de obicei azot ) , care poate fi calibrat ( intre anumite limite , evident ) cu ajutorul unui ventil ( vezi pistoanele Bimba ) ...cheers.

M-am tot gandit si cred ca pistonul de compensare pe gaz care zici ca se regleaza(cel cu arc mai putin) are acelasi efect cu contragreutatea. Este mai ieftina totusi contragreutatea. Ce am vazut se numeau  "zero gravity system". Conteaza mai putin asta.

[mihaighe]

 Daca folosesti contrageutate (pricipiul scripetelui) pe axa Z apare 2 forte contrare care se anuleaza , eliminand vibratiile pe axa X si Y (conform teoriei).

As adauga o fotografie pentru explicatie, dar nu stiu cum sa adaug.

Pune o poza pe un sait de gazduire si aici pui adresa.

[La Trovanti]

Model                                        cuplu 0Hz                        Cuplu 1000Hz               Pret                   Cuplu / preț (cat mai mare )

 

23HS9430B                               425                                        119                   30GBP                    3,96

57BYGH41-401A                         76                                          76                     16.5GBP                 4.6

57BYGH627                                270                                        144                     27GBP                    5.3

23HS45-3008D                            354                                        284                   39GBP                    7,28

23HS45-3008D                            240                                          95                   39GBP                    2.4

 

adaug in comparatie si un motor ""profesional"

34HS46-5004D                            1204(8.5Nm)                            120                        72GBP                        1,6

Folosit la 36V este 40% din performanta lui  23HS45-3008D, 

iar la 72V aproape il egaleaza, dar preturile pentru sursa si driver sunt de 3-4 ori mai mari.

E buna si teoria la ceva

Editat Martie 22, 2015 de La Trovanti

[La Trovanti]

In concluzie folositi 23HS45-3008D (are inductanta legat in paralel de 1,7mH) sau similar. E de observat si curentul maxim folosibil 4.2A obtinut cu un driver TB6600. Eu as recomanda 3.5A cat este curentul la 1000hz.

Static este depasit de multe motoare, dar dinamic este neintrecut. Vreti cuplu si mai mare puneti in paralel mecanic 2,3 sau cate motoare vreti.

Daca mai gasiti motoare cu caracteristici similare postati-le sa stim de ele.

 

Dau in continuare un algoritm de legat cele 8 fire la driver in configuratia paralel:

Etapa 1

Cu un aparat de masura se identifica cele 4 bobine. Se noteaza perechile bobina 1, bobina 2, bobina 3, bobina 4

Etapa 2

Pe rand conectati la driver doua bobine oarecare si vedeti daca se invarte motorul.

Sa zicem ca 1 si 2 nu se invarte; inseamna ca 1 si 2 sunt din acelasi pol

Iar 1 si 3. respectiv 1 si 4 se invart; inseamna ca 3 si 4 sunt celalant pol (era verificat si de faptul ca 1 si 2 nu se invart)

Observati cand se invarte  sa se invarta in aceiasi directie. Notati cum este faza la 3 si 4.

La fel punem sa zicem bobina 3 si verificam sensul de rotatie pentru 1 si apoi  2 sa gasim faza. Notam faza pentru bobina 1 si pentru bobina 2

Etapa3

Legam in paralel 1 si 2 tinand cont sa fie in faza; perechea A

Legam in paralel 3 si 4 tinand cont sa fie in faza; perechea B

Perechea A si perechea B le conectam la driver

Am terminat !

 

http://www.cazare-horezu-pensiuni.ro/

Editat Martie 23, 2015 de La Trovanti

[La Trovanti]

Ma asteptam ca pe forumul electronistilor sa se gaseasca cineva sa verifice formulele si calculele. No problem.

Propun celor care au folosit mai multe tipuri de steppere si le stiu performantele sa le puna pe topic iar eu fac calculele sa le compar si vedem daca se confirma formulele. Ce ziceti?