Шаговые двигатели для портальных станков с ЧПУ

Шаговый двигатель – электродвигатель, в котором, в отличие от обычного коллекторного, ток подается в обмотки статора по очереди, за счет чего вал ротора фиксируется в заданном положении.

Преимущества ШД

Для перемещения стола и шпинделя используются шаговые двигатели или сервомоторы. ШД дешевле, но стоимость – не единственный плюс. Они характеризуются рядом дополнительных преимуществ, которые при построении портальных станков обуславливают выбор в пользу приводов этого типа:

  • легкость настройки. Успех пуска системы с ШД зависит только от правильности его подключения и корректного выбора драйвера. Сервомотор требуется настраивать дополнительно, он сложнее в подключении и в ремонте;
  • неприхотливость в эксплуатации. Для бюджетного портального станка после нескольких лет интенсивной работы не исключается вероятность подклинивания механики. Пиковая нагрузка на ШД в такой ситуации приведет только к пропуску шагов и росту рассогласования, проблема решается перезагрузкой станка. Увеличение нагрузки на слабый сервомотор приведет к перегоранию обмоток, на мощный – к механической поломке передачи;
  • у ШД способность к удержанию вала в заданном положении выше. Сервомотор при фиксации ротора склонен к микроколебаниям, ротор ШД остается на одной угловой позиции без сдвигов.

Недостатки: резонанс, инертность, повышенный уровень шума. Первая проблема решается выбором драйвера с функцией подавления резонанса. Инертность – естественный недостаток, следующий из принципа работы ШД, но он проявляется только при быстром разгоне. Перед фрезерно-гравировальными станками ставятся другие задачи – например, при нанесении рельефного изображения на каменную плиту на ускоренные перемещения приходится не более 1% времени. Уровень шума – последний параметр, на который обращают внимание в условиях массового производства, здесь важнее стоимость оборудования (а ШД, напомним, дешевле, чем тихие сервомоторы).

Выбор ШД

Базовые технические характеристики шагового двигателя определяются его типоразмером. ШД одного типоразмера одинаковы по основным показателям (номинальный ток фазы, сопротивление и максимальное напряжение обмоток, крутящий момент). Разница определяется двумя нюансами.

Первый – деление шага. Меньший шаг означает более плавное перемещение, но в этом случае потребуется драйвер с большей входной частотой, а он обойдется дороже. Наиболее распространены ШД с шагом 0.9 и 1.8 градуса – этих значений хватает для решения стандартных задач, ставящихся перед портальными станками.

Второй нюанс – индуктивность обмоток двигателя. Производители выпускают шаговые двигатели одного и того же типоразмера в двух вариантах. Моторы с малой индуктивностью характеризуются более высокой скоростью вращения вала при меньшей потребляемой мощности. Подходят для ненагруженных портальных станков для перемещения стола. Моторы с большой индуктивностью медленнее, но у них выше крутящий момент. Подходят для управления перемещением шпинделя по оси Z и управления четвертой координатой, поскольку лучше удерживают ротор в неподвижном положении.

Шаговый электродвигатель — это синхронный бесщёточный электродвигатель с несколькими обмотками, в котором ток, подаваемый в одну из обмоток статора, вызывает фиксацию ротора. Последовательная активация обмоток двигателя вызывает дискретные угловые перемещения (шаги)ротора