Практически все 3D-принтеры используют шаговые двигатели для позиционирования оси. Их работа состоит в том, чтобы точно позиционировать печатающую головку и рабочий стол, а также проталкивать филамент экструдером, когда он выдавливается через хотенд.

Лучше понять принцип работы и как они точно контролируют подачу и скорость оси, если вы поймете простой факт: как следует из их названия, шаговые двигатели не вращаются так, как традиционные двигатели. Вместо этого они шагают. Шаговые двигатели совершают повторяющиеся движения с небольшими фиксированными шагами, которые невооруженным глазом выглядят как непрерывное вращение двигателя.

Размер каждой ступени определяется двигателем, а мощность за этими ступенями исходит от драйвера шагового двигателя. Рассмотрим работу этой удивительной технологии.

Замкнутые и разомкнутые системы

Системы позиционирования оси позволяют интеллектуальным контроллерам позиционировать двигатель с исключительной точностью. Подается команда на перемещение в желаемую точку в трехмерном пространстве и двигатель реагирует быстро и точно.

Системы позиционирования обычно используют один из двух способов достижения этого: системы с замкнутым и разомкнутым контуром. Так в чем же разница между этими двумя подходами к позиционированию?

В системах с замкнутым контуром обычно используются серводвигатели для управления скоростью и положением движущейся оси. Серводвигатели работают так же, как и любой обычный двигатель, когда на них подается питание они вращаются. Это вращение принимает непрерывное плавное движение. Задача серводвигателя — не только приводить двигатель в действие, но и контролировать скорость. Наряду со скоростью в замкнутой системе также требуется обратная связь по положению. Обычно это обеспечивается энкодером или линейной шкалой. Позиционная обратная связь с контроллером машины позволяет ей быстро двигаться к заданному месту, а затем плавно замедляться у цели.

В системах с разомкнутым контуром нет устройства обратной связи для контроля скорости или положения. Вместо этого расстояние, которое необходимо преодолеть от текущего местоположения, делится системой управления машиной на несколько точных пошаговых шагов. Система управления также определяет оптимальную кривую скорости системы на основе предварительно определенных параметров. Затем пошаговые команды поступают на шаговый двигатель в виде импульсов. Задача драйвера шагового двигателя — преобразовать командные импульсы в фактические шаги привода двигателя. Затем шаговые двигатели продвигаются по этим шагам, достигая желаемого места.

Работа шагового двигателя

Шаговые двигатели работают, выполняя отдельные фиксированные шаги для имитации непрерывного вращения. Эти шаги являются частью конструкции шагового двигателя с момента его изготовления.

Угол шага

Значение шага, встроенное в двигатель, известно как угол шага двигателя . Угол шага двигателя может достигать 90 градусов, что означает, что двигатель будет вращаться на 360 градусов за четыре шага. Однако более типичный угол шага составляет 1,8 градуса, что означает, что для полного поворота требуется 200 шагов (360 / 1,8).

Угол шага определяется размещением катушек двигателя и конструкцией магнитных полюсов в роторе. Вот почему угол шага двигателя не меняется после завершения сборки.

Теория работы ШД

Шаговый двигатель состоит из независимых катушек, называемых фазами. Они создают постоянно меняющееся электромагнитное поле, которое «преследуется» постоянным магнитом на вращающемся валу двигателя. Когда каждая фаза последовательно активируется, магнитные полюса ротора подпрыгивают или шагают, чтобы выровняться с ними.

Таким образом, при подаче питания на фазы в правильной последовательности вал кажется вращается так же, как и нормальный двигатель.

Если известно, что для поворота двигателя на 360 градусов требуется 200 шагов и двигатель подключен к ходовому винту с шагом 1 мм (1 мм хода на каждое вращение), то каждый шаг двигателя продвигает ось вперед на 0,05 мм. Таким образом, количество шагов, необходимых для достижения точного местоположения, можно легко рассчитать без обратной связи.

Расчет количества необходимых шагов управляется контроллером, а затем драйвер ШД.

Драйвер шагового двигателя

Драйверы шаговых двигателей различаются по сложности. Современные драйверы можно комбинировать с множеством различных типов шаговых двигателей. Настройка для конкретного двигателя обычно настраивается пользователем во время установки. Но в целом драйверы шаговых двигателей — относительно простые устройства.

Драйверы шаговых двигателей могут быть «простыми», как дюжина компонентов. Задача компонентов, сконфигурированных как есть, состоит в том, чтобы реагировать на импульсы команды шага, поступающие от контроллера принтера и преобразовывать их в правильную схему включения-выключения, необходимую для привода шагового двигателя. Эта схема, что возбуждает фазы в правильном порядке, чтобы приводить двигатель в движение шаг за шагом в том или ином направлении.

Схема простого драйвера шагового двигателя.

Здесь необходимо отметить важный момент: драйвер шагового двигателя имеет очень мало интеллекта. Это потому, что драйвер не знает положение оси или расстояние, которое необходимо преодолеть. Эта функция предоставляется контроллеру станка, обычно ЧПУ. Фактически, драйвер выполняет только две основные функции: упорядочивание фаз и управление током.

Вход и выход драйвера шагового двигателя.

Шаговые двигатели бывают, казалось бы, неограниченного диапазона типов и размеров. Для этого большинство современных драйверов шаговых двигателей могут работать с различными типами двигателей.

Основными соображениями, которые следует учитывать при выборе драйвера шагового двигателя, являются требуемый крутящий момент и точность. Крутящий момент зависит от размера шагового двигателя. Здесь драйвер должен иметь возможность производить шаговый ток, необходимый для двигателя. Точность требует либо небольших шагов, либо запутанной зубчатой ​​передачи. Выбор совместимого шагового двигателя и микрошагового драйвера является важной частью этого уравнения.

Вывод: все шаговые двигатели работают в ШАГАХ . Шаги должны быть сгенерированы в правильном порядке и величине, чтобы ось достигла своего целевого местоположения. Двигатель будет продвигаться на один и тот же угол шага с каждым импульсом.

Драйвер шагового двигателя должен генерировать эти импульсы в правильном порядке амплитуды и фазы, чтобы ведомая ось работала как точно настроенное транспортное средство. И если мы рассматриваем контроллер принтера как GPS автомобиля, водитель безусловно является двигателем.

Автор поста : admin

0 0 голоса
Рейтинг статьи
Подписаться
Уведомить о
0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии

Похожие посты