Сервопривод и сервомотор в чем разница
Перейти к содержимому

Сервопривод и сервомотор в чем разница

Серводвигатель принцип работы

Сервопривод с мотором, предназначенный для приведения в движение устройств управления через поворот выходного вала, применяются в таких областях, как открытие и закрытие клапанов, переключатели и так далее. Важными характеристиками сервомотора являются динамика двигателя, равномерность движения, энергоэффективность.

Серводвигатели широко применяются в промышленности, например, в металлургии, в станках с ЧПУ, прессо-штамповочном оборудовании, автомобильной промышленности, тяговом подвижном составе. В основном в сервоприводах использовались 3-полюсные коллекторные двигатели, в которых тяжелый ротор с обмотками вращается внутри магнитов.

Области использования устройства

В современном мире, когда автоматизация заняла прочные позиции во всех областях машиностроения, конструкция всех механизмов заметно унифицировалась. При этом применяются современные индивидуальные приводы. Для того, чтобы понять, сервопривод, что это такое, следует знать сферу применения устройства. Устройства содержат прецизионные конструкции поддержания скорости в промышленных роботах и станках с высокой точностью. Они монтируются на сверлильных оборудованиях, в различных системах транспорта и механизмах вспомогательного характера.

Самое широкое применение приборы нашли в следующих сферах:

  • изготовление бумаги и упаковок;
  • изготовление листов из металла;
  • обрабатывание материалов;
  • производство транспортного оборудования;
  • изготовление стройматериалов.

Что такое серводвигатель (сервопривод)

Серводвигатель (сервопривод) – это электрический мотор с управлением через обратную отрицательную связь, которая позволяет точно управлять параметрами движения, чтобы достичь необходимой скорости или получить нужный угол поворота. В состав серводвигателя входят непосредственно сам электродвигатель, датчик обратной связи, блок питания и управления.

Положительные стороны серводвигателя (сервопривода)

·Высокая мощность при малых размерах;

·Высокий крутящий момент;

·Быстрый разгон и торможение;

·Постоянное и бесперебойное отслеживание положения;

·Низкий уровень шума, отсутствие вибраций и резонанса;

·Широкий диапазон скорости вращения;

·Высокая скорость разгона;

·Стабильная работа в широком диапазоне скоростей;

·Малая масса и компактная конструкция;

·Низкий расход электроэнергии при малых нагрузках.

Отрицательные стороны серводвигателя (сервопривода)

·Требовательность к периодическому обслуживанию (например, с заменой щеток);

·Сложность устройства (наличие датчика, блока питания и управления) и логики его работы.

Принцип работы

Программа управления серводвигателями Mach3

Основным аспектом функционирования серводвигателей является условия его работы в рамках системы G-кодов, то есть команд управления, содержащихся в специальной программе.

Если рассматривать данный вопрос на примере ЧПУ, то сервомоторы функционируют во взаимодействии с преобразователями, которые изменяют величину напряжения на якоре или на возбуждающей обмотке двигателя, исходя из уровня входного напряжения.

Обычно управление всей системой производится с помощью стойки ЧПУ. При получении команды из стойки пройти определенное расстояние вдоль координатной оси Х, в субблоке цифрового аналогового преобразователя стойки создается напряжение некоторой величины, которое передается для питания привода указанной координаты. В сервомоторе начинается вращение ходового винта, с которым связан энкодер и исполнительный орган станка. В первом происходит выработка импульсов, подсчитываемых стойкой.

Программа предусматривает, что некоторое количество сигналов с энкодера соответствует определенному расстоянию прохождения исполняющего механизма.

При получении нужного количества импульсов аналоговый преобразователь выдает нулевое значение выходного напряжения, и сервомотор останавливается. В случае смещения под внешним воздействием рабочих элементов станка на энкодере формируется импульс, обсчитываемый стойкой, на привод подается напряжение рассогласования, и якорь двигателя поворачивается до получения нулевого значения рассогласования. В результате обеспечивается точное удержание рабочего элемента станка в заданном положении.

Схема и типы сервоприводов

Принцип работы сервопривода основан на обратной связи с одним или несколькими системными сигналами.

Выходной показатель подается на вход, где сравнивается его значение с задающим действием и выполняются необходимые действия — например, выключается двигатель.

Самым простым вариантов реализации является переменный резистор, который управляется валом — при изменении параметров резистора меняются параметры питающего двигатель тока.

В реальных сервоприводов механизм управления гораздо сложнее и использует встроенные микросхемы-контроллеры. В зависимости от типа используемого механизма обратной связи выделяют аналоговые и цифровые сервоприводы. Первые используют что-то похожее на потенциометр, вторые — контроллеры.

Вся схема управления серво находится внутри корпуса, управляющие сигналы и питание подаются, как правило, идут по трем проводам: земля, напряжение питания и управляющий сигнал.

Сервопривод непрерывного вращения 360, 180 и 270 градусов

Выделяют два основных вида серводвигателей — с непрерывным вращением и с фиксированным углом (чаще всего, 180 или 270 градусов).

Отличие серво ограниченного вращения заключается в механических элементах конструкции, которые могут блокировать движение вала вне заданных параметрами углов. Достигнув угла 180, вал окажет воздействие на ограничитель, а тот отдаст команду на выключение мотора. У серводвигателей непрерывного вращения таких ограничителей нет.

Материалы шестерней сервопривода

У большинства сервоприводов связующим звеном между валом и внешними элементами является шестеренка, поэтому очень важно, из какого материала она сделана. Наиболее доступных вариантов два: металлические или пластмассовые шестерни

В более дорогих моделях можно найти элементы из карбона и даже титана.

Пластмассовые варианты, естественно, дешевле, проще в производстве.

Металлические шестеренки надежнее, но это сказывается на цене и на весе модели. Экономные производители могут сделать часть деталей пластмассовыми, а часть металлическими, это тожно нужно иметь в виду. Ну и, естественно, что в самых дешевых моделях даже наличие металлической шестеренки не является гарантией качества.

Титановые или карбоновые шестерни — самый предпочтительный вариант, если вы не ограничены бюджетом. Легкие и надежные, такие сервоприводы активно используются для создания моделей автомобилей, дронов и самолетов.

Преимущества серводвигателей

Широкое использование сервоприводов связано с тем, что они обладают стабильной работой, высокой устойчивостью к помехам, малыми габаритами и широким диапазоном контроля скорости. Важными особенностями сервоприводов являются способность увеличивать мощность и обеспечение обратной информационной связи. И этого следует, что при прямом направлении контур является передатчиком энергии, а при обратном – передатчиком информации, которая используется для улучшения точности управления.

Характеристики сервоприводов

Устройства выпускаются аналогового и цифрового типов. Приводы внешне ничем не отличаются, но различие между ними существенное. Последние обладают более точной отработкой команд, поскольку управление производится микропроцессорами. Для сервоприводов пишутся и вводятся программы. Аналоговые устройства работают от сигналов микросхем. Их преимуществами являются простое устройство и меньшая цена.

Основными параметрами для выбора являются следующие:

  1. Питание. Подача напряжения производится по трем проводам. По белому передают импульс, через красный — рабочее напряжение, черный или коричневый является нейтральным.
  2. Размеры: большие, стандартные и микроустройства.
  3. Скорость. От нее зависит, за какой промежуток времени вал повернется на угол 600. Недорогие устройства обладают скоростью 0,22 сек. Если требуется высокое быстродействие, она составит 0,06 сек.
  4. Величина момента. Параметр является приоритетным, поскольку при малом вращающем моменте управление затрудняется.

Как управлять цифровым сервоприводом?

Приводы подключаются к программируемым контроллерам, среди которых хорошо известен Arduino. Подключение к его плате производится тремя проводами. По двум подается питающее напряжение, а по третьему — управляющий сигнал.

Инструкция сервопривода с цифровым управлением предусматривает наличие в контроллере простой программы, позволяющей считывать с потенциометра показания и переводить их в число. Затем оно преобразуется в команду передачи на поворот вала сервопривода в заданное положение. Программа записывается на диске, а затем передается на контроллер.

Применение приборов высокого качества необходимо в оборудовании, отличающемся высоким уровнем производительности.

Области использования устройства

  • изготовление бумаги и упаковок;
  • изготовление листов из металла;
  • обрабатывание материалов;
  • производство транспортного оборудования;
  • деревообрабатывающая промышленность;
  • изготовление стройматериалов.

Основные характеристики изделия

Работа сервопривода характеризуется двумя основными показателями: скоростью поворота и усилия на валу. Первая величина служит показателем времени, которое измеряется в секундах. Усилие мерится в кг/см, то есть, какой уровень усилия развивает механизм от центра вращения.

Сейчас выпускают механизмы, функционирующие при показателе напряжения питания от 4,8 до 6 В. Чаще этот показатель равен 6 В. Однако не все модели рассчитаны на широкий диапазон напряжений. Иногда двигатель сервопривода работает лишь при 4,8 В или же только при 6 В (последние конфигурации производятся крайне редко).

Сервопривод: что это такое, как работает серводвигатель и для чего нужен — принцип работы и устройство

Обратимся к механизму, устанавливаемому в целый ряд станков и активно задействованному в автоматизации производственных процессов. Рассмотрим что значит сервопривод: устройство и принцип работы, схемы и сферы применения – все это и другие важные моменты в фокусе нашего внимания. Ознакомившись с информацией, вы будете знать, что из себя представляет данный силовой агрегат, чем он отличается от других типов, почему и когда его следует использовать.

Сразу уточним: его востребованность не ограничивается промышленным сектором, он нужен не только оборудованию. Функционирует и в приборах отопления, и в системах кондиционирования, в машинах и даже в любительских радиоустановках. Актуален везде, где необходимо задавать движение и регулировать ускорение или замедление.

Сервопривод – что это такое

Под этим понятием обычно подразумевают оснащенный электромотором механизм, который можно разместить под нужным углом и зафиксировать в одном положении. Но данное определение недостаточно емкое, поэтому его можно и нужно дополнить.

Это также силовой агрегат, управление которым реализовано через отрицательную обратную связь. Именно последняя дает возможность чутко контролировать заданные параметры перемещения. И у него просто должен быть датчик – позиции, нагрузки, скорости – и блок контроля, который поддерживает необходимые условия в автоматическом режиме.

В числе самых распространенных сегодня находятся модели, сохраняющие установленный угол и/или интенсивность выполнения технологической операции.

Устройство серводвигателя

В общем случае у него следующие функциональные узлы:

  1. Сам привод – мотор, превращающий электрическую энергию в механическую (силу поворота); для снижения скорости до необходимой снабжен редуктором, передающим крутящий момент.
  2. Энкодер – датчик обратной связи, преобразующий угол поворота в управляющий сигнал, контролирующий вращение выходного вала (на последнем закреплен инструмент или какой-то другой орган выполнения действия). Для решения данной задачи также хорошо подходит потенциометр, изменяющий свое сопротивление при перемещении бегунка, причем именно пропорционально, и за счет этого обеспечивающий точное позиционирование.
  3. Электронная начинка, принимающая входящие параметры, считывающая и сравнивающая значения, выполняющая операции включения/выключения – это тоже то, из чего состоит сервопривод; все ЭРЕ располагаются на печатной плате, которая и помогает поддерживать обратную связь и, по сути, является важнейшей частью двигателя.
  4. Проводка – подключение питания (два кабеля) и доставка сигнала контроля (еще один), обеспечивающий выставление правильного положения вала, а значит и используемого инструмента.

Данная конфигурация достаточно проста, чтобы обеспечивать бесперебойное поддержание режимов и оставаться надежной. Такого узла, который стал бы «слабым звеном», попросту нет, поэтому проблемы с эксплуатацией возникают сравнительно редко. Продолжительности ресурса также способствует специфика функционирования, к особенностям которой мы переходим.

сервопривод это

Как работает сервопривод

Принцип его действия завязан на использовании импульсного сигнала, обладающего тремя ключевыми свойствами, – частотой, наименьшей и наивысшей продолжительностью, и как раз последняя, то есть длина, и задает угол поворота. Может находиться в диапазоне 0,8-2,2 мс. Как только поступает на печатную плату, активирует энкодер (потенциометр) и, через механическую передачу, выходной вал.

Электронная схема сравнивает реальное положение вала с запрограммированным. При этом возможно 3 состояния. И первое из них – нулевой момент, то есть полного совпадения, что значит – силовой агрегат не работает (остановлен). При втором управляющий сигнал выше опорного, это провоцирует поворот в одну сторону, при третьем – ниже, что оборачивается движением вращающейся части в другом направлении.

Таким образом, принцип работы сервомотора сводится к следующему:

  • привод получает импульс на вход, допустим, команду изменения угла;
  • блок управления соотносит полученный сигнал с фактическими значениями, снятыми датчиком;
  • исходя из результатов анализа, данная плата выдает команду – перемещения по какому-то вектору, ускорения или замедления, – причем обязательно направленную на то, чтобы привести реальную цифру к заданной и необходимой.

Сравнение осуществляется на основании разностных величин и учитывает параметр длительности, а поэтому определяет разбежку показателей с максимальной точностью. Эта особенность дает возможность обеспечить необходимое позиционирование инструмента.

Виды сервоприводов

Их классифицируют главным образом по типу используемого двигателя, выделяя:

  • синхронные – отличаются быстрым набором оборотов, а также прецизионным вращением;
  • асинхронные – их ключевая черта в высокой стабильности поведения вала;
  • универсальные – оснащены коллекторным силовым агрегатом, либо переменного, либо постоянного тока.

Первые особенно востребованы в автомобилестроении и активно устанавливаются в АКПП – для беспроблемного переключения передач. Также они актуальны для спецтехники, транспортирующей грузы весом свыше 100 кг. Вторые и третьи больше ориентированы на различное промышленное оборудование.

Если всесторонне рассматривать серводвигатель – что это такое, принцип работы, разновидности, – то нужно уделить внимание и его основным рабочим параметрам. В списке ключевых характеристик всех его моделей:

  • крутящий момент (создаваемое усилие) – обязательно прописывается в паспорте, причем сразу в двух величинах, для разного питающего напряжения;
  • вариант подаваемого импульса, ведь можно управлять с помощью как цифрового, так и аналогового сигнала;
  • быстродействие – определяет время, за которое вал перемещается (по часовой стрелке или против нее) на 60 градусов;
  • поддерживаемый угол поворота – обычно это либо 180 0 (полуцикл), либо 360 0 (полный); хотя сегодня есть модифицированные модели, у которых вращение осуществляется непрерывно;
  • материал исполнения редукторных шестеренок – это может быть пластик, карбон, латунь или композит;
  • напряжение – варьируется в диапазоне от 4,8 до 7,2 В (у основной группы силовых агрегатов);
  • цвета проводов и распиновка – обычно все стандартно: черный – общий, красный – питания, белый (желтый или коричневый) – контроля.

Еще немного нюансов: устройство сервомотора может предполагать наличие двигателя с сердечником. Это не лучший вариант, так как при его функционировании появляются вибрации, которые снижают точность вращения вала. Поэтому практичнее выбирать модели, у которых кинетическая энергия ротора на практике будет минимальной, даже несмотря на то, что они стоят несколько дороже. Это особенно актуально в случаях с эксплуатацией ЧПУ-станков, выполняющих сложные детали.

И несколько слов о редукторе: он может быть шестеренчатым или червячным. Первый сегодня более востребован, так как доступнее по цене и достаточно эффективно снижает частоту вращения, обеспечивая нужный крутящий момент. Второй, несмотря на лучшее передаточное число, выпускается и встречается реже, так как его производство оборачивается более серьезными затратами.

что такое сервопривод

Еще один важный фактор различия видов – габаритные размеры, а именно соотношение ДхШхВ и вес. В соответствии с ними выделяют три группы силовых агрегатов:

  • малые – 22 на 15 на 25 мм и до 25 г;
  • стандартные (средние) – 40 на 20 на 37 мм и до 80 г;
  • большие – 49 на 25 на 40 мм и до 90 г.

Следующее различие – по интерфейсу:

  • аналоговые – импульсы обрабатывает микросхема;
  • цифровые – сигналы считывает процессор.

Решая, для чего нужен сервопривод, помните, что нюансы – в начинке, а внешнее исполнение может быть абсолютно одинаковым.

Также разнообразие моделей можно разделить по материалу шестеренок – на такие группы:

  • с пластиковыми (нейлоновыми) – легкими, стойкими к износу, но не к большим нагрузкам;
  • с карбоновыми – более прочными, при этом не обладающими значительным весом, но и стоящими в несколько раз дороже предыдущих;
  • с металлическими (латунными, титановыми) – тяжелыми, выдерживающими даже самый серьезный крутящий момент, но стирающимися друг о друга.

И, наконец, существуют варианты с сердечником (коллекторные) и без него. У первых есть полый ротор в несколько секций, между которыми появляется вибрация в процессе вращения. Поэтому они менее точны, чем те, чья подвижная часть полая, а также тяжелее и обеспечивают более долгий отклик, правда, и стоят дешевле.

сервопривод принцип работы

Применение сервоприводов

Сегодня они широко используются в самых разных областях:

  • в робототехнике и при создании манипуляторов; чтобы управлять ими, в свою очередь, берут аппаратно-программные средства ардуино;
  • для реализации системы теплого пола – они помогают автоматически регулировать температуру, понижая или повышая ее по мере необходимости;
  • в автомобилестроении – для интеграции с замками, подачи жидкости на печку, переключения скоростей в АКПП;
  • в грузовом оборудовании – задают режимы захвата, подъема, транспортировки, опускания и отпускания предметов самого разного веса и габаритов.

Это далеко не все возможные сферы и ниши – данные силовые агрегаты, по сути, актуальны везде, где только требуется точно контролировать движение вала.

сервопривод что это такое

Особенности устройства сервопривода переменного тока

Это подвид синхронной модели, у которого ротор вращается с той же частотой, какая присуща магнитному полю, созданному обмотками статора. На последний направляется трехфазное напряжение, запускающее весь процесс функционирования.

На подвижной части закреплен энкодер, разрешающая способность которого сравнительно высокая. От него поступает один сигнал на первый вход, а от электронной платы – другой, на второй. Данная пара сравнивается, и разница между ними является показателем рассогласования, отталкиваясь от которого необходимо задать команду подачи соответствующего вольтажа для скорейшего наступления нулевого момента.

Читая о том, как работает модель, в технической литературе часто можно встретить термин «сервоусилитель»: что это такое? Это плата – блок управления, а мы уже выяснили, что она из себя представляет и для чего необходима, так что не пугайтесь нового определения.

Плюсы и минусы

Рассматриваемые силовые агрегаты обладают целым набором особенностей, и, если сравнивать их с шаговыми, можно выделить ряд достоинств.

В числе объективных преимуществ:

  • точное, зачастую даже прецизионные позиционирования;
  • быстрое повышение крутящего момента и понижение числа оборотов за счет использования редуктора;
  • беспроблемная коррекция – внести в программу изменения можно за считаные минуты, отрегулировав перемещение рабочего инструмента по первым полученным практическим результатам;
  • отличная переносимость физических, температурных и других нагрузок в течение длительного времени безостановочной эксплуатации;
  • развитие значительных ускорений, обеспечивающее замечательную совместимость с быстродействующим оборудованием, например, с универсальными станками ижевского производителя – завода «Сармат»;
  • поддержание равномерного крутящего момента во всем рабочем диапазоне.

Использование сервопривода не тотальное только потому, что он также обладает некоторыми недостатками.

В списке относительных минусов:

  • при наличии пластиковых шестеренок или деталей из мягкого металла редуктор становится «слабым звеном», выходящим из строя под интенсивными воздействиями;
  • резистивные дорожки изнашиваются в сравнительно краткие сроки (актуально для моделей с потенциометром);
  • такой силовой агрегат стоит дороже шагового;
  • программа, подходящая для обеспечения высокой точности, на практике часто оказывается сложной в настройке.

Ясно, что преимущества оказывают гораздо более важное влияние, и именно они обуславливают значительную степень востребованности в самых различных сферах.

сервомотор это

Режимы управления

Работа сервопривода может осуществляться в трех разных форматах. Рассмотрим каждый из них.

Контроль положения

Здесь нужно сохранять заданный угол поворота вала, подавая последовательность сигналов. Пусть они идут с контроллера – таким образом, можно обеспечить точное позиционирование, что особенно актуально для узлов производственных станков.

Обратите внимание, с помощью совокупности импульсов не проблема задать информацию не только о положении в пространстве, но и о векторе вращения или скорости движения. Сделать это можно одним из трех способов – направляя напряжение:

  • со сдвигом фазы на 90 градусов;
  • сразу на два входа (SIGN, PULSE – стандартные названия);
  • с перемещением по часовой стрелке или против.

Контроль скорости

Здесь сервоуправление – это увеличение или уменьшение аналогового сигнала на дискретную величину при его подаче на соответствующие обмотки. А если он еще и разнополярный, тогда не составляет труда быстро менять направление вращения.

Данный режим напоминает эксплуатацию асинхронного силового агрегата с преобразователем частоты. Потому что в ее рамках требуется постоянно выполнять разгон и замедление, задавать минимумы и максимумы и тому подобное. Главное – реализовывать не слишком сложный алгоритм, чтобы не превращать рядовую практическую задачу в непосильный труд программирования.

серводвигатель это

Контроль момента

В данном случае назначение сервопривода – обеспечивать стабильное число оборотов, вне зависимости от того, вращается двигатель или нет. Эта цель достигается путем подачи или дискретного сигнала, или аналогового двухполярного. Метод более чем актуален для оборудования, в процессе эксплуатации требующего смены давления, прижима или других параметров.

Внимание, силовой агрегат должен быть дополнительно оснащен встроенным датчиком тока, ведь именно последний и оценивает значение текущего момента, чтобы потом электроника могла сравнить его с необходимой величиной.

сервомотор что это такое

Процесс рекуперации

Зачастую запускается при переключении режимов работы сервомотора: что это такое? Это возвратная энергия, которая выделяется при смене знака (направления движения) относительно вращающего момента. Обычно она не слишком большая, но все равно собирается на конденсаторах, увеличивая, таким образом, напряжение на звене постоянного тока.

В тех же случаях, когда данное неравенство абсолютных значений достигнет серьезной отметки, пороговый уровень емкости шины будет пробит. И тогда все излишки будут сброшены в тормозной резистор.

Мы постарались рассмотреть все особенности данных механизмов и подчеркнуть удобство и перспективность их использования. Предлагаем также взглянуть на схемы сервоприводов, фото и видеоролики на эту тему – чтобы вы могли дополнить свое представление.

Серводвигатели или шаговые двигатели. Что лучше для ЧПУ станка?

Сервопривод или шаговый двигатель

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

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

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

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

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

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.

серводвигатели с драйвером

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.

Сервопривод или шаговый двигатель: какова разница и что выбрать?

В качестве электропривода порталов и исполнительных узлов фрезерно-гравировальных станков с чпу и оборудования для плазменной резки с ЧПУ применяются шаговые двигатели и сервоприводы. Что лучше: шаговый двигатель или сервопривод, и в каких случаях применение того или иного электропривода экономически и технически оправданно, рассмотрим в данной статье.

Сервопривод станка с ЧПУ

Устройство шагового привода

Шаговый привод состоит из синхронной электрической машины и управляющего контроллера. Последний обеспечивает подачу управляющих сигналов на обмотки двигателя и их попеременное включение в соответствии с заданной программой.

Устройство шагового двигателя

Шаговый двигатель — электрическая машина, преобразующая управляющие сигналы в перемещение вала на определенный угол и фиксацию его в заданном положении. Количество шагов таких электродвигателей составляет от 100 до 400, угол шага — от 0,9-3,6°.

Принцип работы шагового двигателя

Состоит это электромеханическое устройство из статора, где размещены катушки возбуждения, и вращающейся части с постоянными магнитами или обмотками. Такая конструкция ротора обеспечивает его фиксацию после отработки управляющей команды.

На статоре расположено несколько обмоток. При подаче напряжения на катушку, под воздействием магнитного поля ротор поворачивается на определенный угол в соответствии с пространственным положением обмотки. При ее обесточивании и подаче управляющего сигнала на другую катушку вращающаяся часть электродвигателя занимает другую позицию. Каждый поворот вала соответствует углу шага. При обратной последовательности подачи напряжения на катушки ротор вращается в противоположном направлении.

Для поворота ротора на меньший угол одновременно включаются 2 обмотки. Количество шагов ограничено и зависит от числа полюсов статора электромотора. Для обеспечения плавного вращения ротора на катушки статора подают разные токи, разность которых определяет положение ротора. Такой способ управления позволяет снизить дискретность и увеличить количество шагов до 400.

К числу недостатков шаговых двигателей можно отнести довольно низкую скорость, пропуск шагов при высокой (выше расчетной) нагрузке на валу, снижение момента при высокой частоте вращения и большое время разгона.

Шаговые двигатели

Устройство сервопривода

Сервопривод состоит из синхронного двигателя, датчика скорости и положения, а также управляющего контроллера. Основная разница между шаговым двигателем и сервоприводом состоит в наличии обратной связи по положению, скорости, моменту на валу ротора.

Электропривод такого типа построен на базе следящей схемы автоматического регулирования. При несоответствии скорости или другой величины контроллер будет подавать сигналы на отработку, пока требуемый параметр или положение вала не будет соответствовать заданному. В качестве датчика обратной связи используют абсолютные и относительные энкодеры различных типов и конструкций.

Устройство сервопривода

Принцип действия сервопривода

Управляющее устройство в соответствии с заданной программой подает напряжение на сервопривод, который соединен с порталом станка. Двигатель перемещает рабочий орган. При этом энкодер вырабатывает импульсы, поступающие на контроллер. Подсчет их числа осуществляет управляющее устройство. Количество импульсов пропорционально перемещению портала. При достижении рабочим органом заданного положения на электромотор перестает поступать напряжение. Портал фиксируется. Пока число импульсов, зафиксированных контроллером с датчика, не достигнет запрограммированной величины, двигатель будет осуществлять перемещение рабочего органа.

Шаговый сервопривод можно также настроить на поддержание постоянной частоты вращения вне зависимости от нагрузки или постоянного момента при разной скорости.

К достоинствам сервоприводов относятся точность позиционирования, динамика разгона и отсутствие снижения момента при высоких скоростях. Ограничивает применение сервопривода, как правило, достаточно большая стоимость.

Чем отличается сервопривод от шагового двигателя?

Современные шаговые электродвигатели обеспечивают перемещение рабочей части с точностью до 0,01 мм.

Отличие шагового двигателя от сервопривода заключается в пропуске шагов при высокой (выше расчетной) нагрузке, что значительно снижает качество обработки

Сервопривод для поворотного стола фрезерного станка или портала другого оборудования обеспечивает точность до 0,002 мкм.

Позиционирование по следящей схеме обеспечивает высокое качество обработки независимо от нагрузки

Максимальная скорость перемещения рабочих органов при использовании шагового электропривода — 25 м.

Время разгона — 120 об/мин за секунду

Сервопривод может перемещать портал со скоростью более 60 м/мин.

Время разгона составляет до 1000 об/мин за 0,2 секунды

Привод станка с ЧПУ

Критерии выбора

Тип приводного двигателя для станков выбирают по следующим характеристикам:

По этому параметру сервоприводы значительно превосходят шаговые электромоторы. На станок с ЧПУ для обработки крупных деталей или заготовок из твердых материалов лучше уставить сервомотор, например, ESTUN 1000 Вт. Такой электропривод обеспечит более высокую скорость обработки твердых материалов. Для малогабаритного промышленного оборудования (например, настольного фрезерного станка) среднего класса точности, предназначенного для обработки мягких материалов, лучше выбрать шаговый двигатель.

Программирование и настройка сервопривода на станке с ЧПУ требуют высокой квалификации исполнителя. Такой привод намного дороже в обслуживании, соответственно расходы на его эксплуатацию будут выше.

Сервоприводы для станков с ЧПУ необходимы для высокоточной автоматизированной обработки. Такой привод позволяет позиционировать положение рабочего органа с точностью до 0,02 мкм, в то время как максимальная точность шаговой электрической машины — 0, 01 мм.

Стоимость шагового двигателя значительно ниже цены сервопривода. При невысоком бюджете лучше предпочесть первый вариант.

По этому показателю сервомоторы предпочтительней. Работа шаговых электродвигателей сопровождается звуком, соответствующим частоте шагов на различных оборотах.

Таким образом, выбор сервопривода или шагового двигателя в качестве привода на фрезерно-гравировальный станок и оборудование для плазменной резки следует совершать, руководствуясь исключительно экономической и технической целесообразностью.

Фрезерные станки с ЧПУ для малого бизнеса

Технические характеристики и сфера применения фрезерных станков с ЧПУ

Фрезы для деревообрабатывающих станков с ЧПУ

Характеристики шагового двигателя

Специфика сверлильных станков с ЧПУ

Предприятие MULTICUT образовано в 2009 году с целью организации выпуска отечественных координатных установок с ЧПУ для решения различных производственных задач.
подробнее о производстве

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *