За орду!

Ссылки на предыдущие статьи:

Часть 2: https://pikabu.ru/story/stroim_chpu_frezer_s_rabochim_polem_...

Часть 1:

https://pikabu.ru/story/stroim_chpu_frezer_s_rabochim_polem_...

Да, с последней статьи прошло больше года. Извиняюсь за такую задержку – во всем виноват диплом.

Общая схема:

Итак, приступим. Для начала стоит разбить всю электрику на составляющие. У нас это будет:

1. ШД

2. Блок питания ШД (шаговых двигателей)

3. Драйверы ШД

4. Плата управления

5. ПК

6. Шпиндель, Частотный преобразователь

7. Автоматы

Начнем по порядку – шаговые двигатели.

С их выбором нужно определиться еще до начала постройки станка т.к., во-первых, двигатели должны обладать достаточной мощностью для обеспечения требуемых ускорений по всем осям, с другой стороны нет смысла ставить мощные двигатели, если станок не обладает достаточной жесткостью. Сами ШД отличаются по размеру, току, индуктивности, количеству полюсов, моменту и минимальному шагу. Стандартные размеры обозначаются NEMA + число. Число в индексе показывает геометрические размеры двигателя. Стандартные размеры приведены ниже, на них можно ориентироваться при моделировании станка. Длина двигателя не отображается в названии его типоразмера.

Требуемый момент для двигателя рассчитывается в зависимости от типа и шага подачи, скорости подач, требуемых ускорений, веса подвижных частей и т.д. В интернете есть куча онлайн-калькулятором и форумов конкретно по этому вопросу.

Максимальное напряжение можно рассчитать по формуле U=1000⋅√L, где U – максимальное напряжение, L – индуктивность в мГн (миллигенри). В целом, чем выше напряжение, тем стабильнее будет работа на больших оборотах. Однако, чаще ограничение на напряжение накладывают не сами двигатели, а их драйверы, но об этом позже.

Так же двигатели отличаются по углу поворота на шаг. Обычно, это 1.8 градуса (или 200 шагов на оборот). Этот параметр следует учитывать при настройке ПО.

Я лично для себя выбрал двигатели NEMA 23, длина двигателя 112 мм., ток – 3A., момент 30 кгс*см.

Блок питания

С двигателями, вроде, разобрались. Теперь для них нужен блок питания. Тут все просто – считаем суммарный ток ШД и под них подбираем мощность блока питания. Как я уже писал выше, чем выше напряжение, тем лучше работа на больших оборотах, но сильно поднимать не получится из-за драйверов ШД. У меня блок питания на 12.5 А, 48 V. На блоках питания обычно есть подстроечный резистор, которым можно менять напряжение в диапазоне +-5-10 V. На данный момент станок работает на 45 V. Очень рекомендую брать запас в мощности 10-15%, потому что китайцы очень любят завышать мощность. Так же, рекомендую при покупке бюджетного БП сразу разобрать его и убедиться в том, что все схемы плотно прижаты к радиаторам. У меня она была не до конца прижата.

Драйверы.

Вот тут есть, где развернуться. Сначала я заказал одни из самых дешевых – TB6600. В принципе, многие на них собирают станки и ничего плохого сказать не могу, но попробовав как работает станок на хороших драйверах, возвращаться к этим уже не хочется. 

Так же эти драйверы штампуют на каждом втором заводе в Китае. С одной стороны, это хорошо отражается на цене, с другой – качество может очень сильно отличаться. В процессе эксплуатации один из драйверов (на оси Z) сгорел и испортил заготовку. Далее был куплен TB6560 исключительно чтобы доделать заказ, но он сгорел буквально через 30 секунд, хотя был выставлен на 3 A. После этого я взял Leadshine DM542 и в этот момент я понял, насколько четко может работать мой станок. Во-первых, двигатель стал работать намного тише, а главное - при том же токе гораздо лучше фиксируются шаги. Т.е. если на T6600 я могу при поданном напряжении провернуть винт ШВП, то при использовании этого драйвера сделать это практически невозможно (я все же смог провернуть на один шаг за муфту, но для этого реально нужно прилагать серьезные усилия). Так же, двигатели меньше греются. Старшие версии имеют возможность подключение через rj45 к ПК для более тонкой настройки ШД.

При работе TB6600 температура около 50 С, DM542 – 35-40 C. Ну и конечно разница в цене этих драйверов: TB6600 – около 700 р, Leadshine – около 2500-3500 р. На самом деле, на мой взгляд, имеет смысл собрать сначала на TB6600, потому что есть ненулевой шанс что-то перепутать и сжечь драйвер. Выше я писал, что станок работает на напряжении 45 вольт и что сгорел один из драйверов. Улавливаете связь? На TB6600 было заявлена поддержка напряжения до 50 вольт, но на 48 один из них испустил дух, поэтому так же советую занизить напряжения питания до 40-45 вольт при использовании этих драйверов.

Плата управления или плата опторазвязки. Основная ее задача в том, чтобы передать сигнал от ПК на драйверы и частотный преобразователь и передать сигналы с концевых выключателей на ПК. Так же она гальванически развязывает цепь драйверов ШД и концевиков с ПК. принципиально бывают трех видов – с приемом сигнал с LPT порта, с USB и со специальной платы, которая ставится в PCI-E порт и работает с NCStudio. У меня работает одна из самых дешевых плат с передачей сигнала через LPT порт. Брал ее исключительно из-за возможности управления 5 драйверами т.к. 4 у меня используются для передвижения по трем осям и еще планируется поворотная ось (как потом оказалось, пятая ось тут немного урезана, поэтому плату в ближайшее время заменю).

Ничего хорошего про нее сказать не могу. Во-первых, сам LPT довольно чувствителен к помехам, во-вторых сейчас сложно найти материнскую плату с LPT, а внешние не всегда работают корректно. Но ее большой плюс – это цена около 500р.

Наиболее продвинутой и приближенной по точности, надежности и плавности управления считается плата StepMaster ver 2.5, но и цена на нее соответствующая – 7500, если брать у производителя. Я, поскольку планирую использование станка в коммерческих целях, буду переходить именно на нее.

ПК.

Основное требование – стабильная работа. Если плата управления работает через LPT, то хорошо, если порт будет на материнке. Если нет, то придется покупать PCI-E -> LPT. У меня работает без проблем, но потенциально чем больше компонентов, тем выше шанс отказа.

Шпиндель и частотный преобразователь.

Обычно продаются в комплекте. Бывают на 800, 1500 и 2200 Ватт. У меня стоит на 2200, но для обработки древесины, на мой взгляд, хватит и 1500. При работе станка потребление частотника редко переваливает за 500 Ватт. Шпиндели бывают жидкостного и воздушного охлаждения. Я себе брал жидкостного т.к. показалось это более технологично, к тому же, они тише. До этого разговор шел про бесколлекторный шпиндель, но бывают еще и коллекторные. Неплохой вариант, если планируется небольшой станок для домашней мастерской или гаража, но чувствителен к грязи, имеет гораздо меньший ресурс и более шумный.

Защитные автоматы: у меня стоит по автомату на

• ПК

• помпу охлаждения

• драйверы ШД и частотник.

Так же установлен вводной автомат. Драйверы и частотник объединены т.к. если будет проблема в частотнике, то я предпочитаю, чтобы выбило автом и ШД так же остановились, то же самое и в обратную сторону. Еще неплохо бы устновить рел напряжения, а еще лучше стабилизатор, особенно если в сети наблюдаются скачки напряжения.

Теперь по сумме:

ШД – 4 х 2 500 = 10 000

Драйверы – 4 х 3 000 = 12 000

Плата управления – 7 500

Блок питания – 2 500

Шпиндель + Частотный преобразователь – 26 000

Автоматы, провода – 5 000

ПК – 15 000

ИТОГО 80 000, хотя по факту траты перевалили за 100к уже

Всем спасибо за внимание. Если есть вопросы, буду рад ответить.