Шаговые двигатели от дисководов характеристики

Мини-ЧПУ из DVD-приводов и степлера

В этой статье мастер-самодельщик расскажет нам, как он сделал ЧПУ из DVD-приводов для рисования. Сборка проста, дешева и не занимает много времени. Для изготовления станка мастер использовал следующие

Инструменты и материалы:
-Плата расширения CNC Shield V4;
-Arduino Nano;
-DVD приводы — 2 шт;
-Серводвигатель SG90;
-Провода;
-Алюминиевый уголок 20 x 20 x 1,4 мм — длина 120 мм;
-Степлер канцелярский;
-Блок питания 12 В;
-Алюминиевая муфта с гибким валом, размер внутреннего отверстия: 5 мм x 8 мм (или 8 мм x 8 мм);
-Латунная соединительная гайка L-10мм 2 шт;
-Латунная соединительная гайка L-5мм 2 шт;
-Болта + гайки + шайбы M4 x 50 мм 2 шт;
-Болта + гайки + шайбы M4 x 25 мм 3 шт;
-Болта + гайки + шайбы M4 x 20 мм 2 шт;
-Болты + гайки + шайбы M2 x 40 мм 1 шт;
-Болты + гайки + шайбы M2 x 5 мм 2 шт;
-Кабельные стяжки;
-Ножовка;
-Сверлильный станок;
-Ручная шлифовальная машина;
-Клеевой пистолет;
-Паяльное оборудование;

Шаг первый: шаговые двигатели DVD / CD привода
В интернете мастер нашел характеристики шагового двигателя DVD / CD -привода.
Параметр двигателя: Угол шага: 18 °
Напряжение: 5 В
Сопротивление: 14 Ом
Фаза: 2-2
Режим привода: биполярный
Макс. Частота пуска: 900pps
Макс. Скорость вращения: 1200pps
Удерживающий момент; 40
Диаметр ходового винта: Φ3
Шаг ходового винта: 3
Размер внешнего диаметра двигателя: 15 мм
Так выглядит двигатель в разобранном виде.

Шаговый двигатель работает при напряжении 5 В постоянного тока. Нужно измерить сопротивление двух катушек с помощью мультиметра, чтобы проверить, в хорошем ли он состоянии.

В проекте использовалось два разных типа DVD / CD-плееров, один использовался для оси X с сопротивлением катушки шагового двигателя 14 Ом, а другой использовался для оси Y с сопротивлением катушки 10 Ом.

Шаг второй: плата расширения CNC Shield V4
CNC Shield V4.0 имеет 3 слота на печатной плате для модулей привода шаговых двигателей и один слот для Arduino Nano. Т.е он может управлять 3 шаговыми двигателями по команде Arduino Nano. CNC Shield V4.0 имеет несколько контактов GPIO, доступных для подключения к другим модулям, таким как концевой выключатель, а также к интерфейсу I2C или последовательной связи. Питание для 3 модулей привода шагового двигателя и платы Nano подается через разъем внешнего питания (12 В постоянного тока).

Плату нужно настроить для дальнейшей работы. Нужно настроить как аппаратное, так и программное обеспечение, чтобы использовать прошивку GRBL и настроить режим микрошагов для A4988. Как это сделать, можно посмотреть здесь.
Нужно установить перемычки.

Контакты, подключенные к входам «STEP» и «DIRECTION» драйверов шагового двигателя, неверны по сравнению с исходными определениями GRBL. CNC Shield V4.0 работает Arduino Nano, поэтому можно исправить определения контактов «STEP» и «DIRECTION» в файле «cpu_map_atmega328p.h», расположенном в папке grbl , следующим образом:

Шаг третий: драйвер A4988
A4988 — это микрошаговый драйвер двигателя со встроенным переводчиком для упрощения работы. Он предназначен для работы биполярных шаговых двигателей в полно-шаговых, полу-шаговых, четверть-шаговых, восьмых и шестнадцати-шаговых режимах с выходной мощностью до 35 В и ± 2 А.

Можно управлять шаговым двигателем с помощью всего 2 контактов контроллера: один для управления направлением вращения, а другой — для управления шагами.

Во многих приложениях микрошаговый режим может повысить производительность системы, а также снизить сложность и стоимость системы по сравнению с полно-шаговыми и полу-шаговыми методами. Микрошаговый режим может использоваться для решения всех проблем с резонансом, вибрацией и шумом в системе шагового двигателя, а также для повышения точности и разрешения шага.

По правилам, чем больше микрошагов, тем плавней движения, но ниже крутящий момент, и наоборот. Мастер пробовал режим 1/16 микрошагов, но в конце концов выбрал 1/8 микрошагов, что является хорошим сочетанием плавного движения и крутящего момента.

Каждый поворот шагового двигателя DVD / CD изначально разделен на 20 шагов с углом 18 ° / шаг (1 поворот = 360 градусов | 360/20 = 18 °). При установке режима с разрешением 1/8 шага на A4988, каждое вращение шагового двигателя DVD / CD будет разделено на 160 шагов с углом 2,25 ° / шаг, что сделает вращение шагового двигателя намного более плавным.

ОГРАНИЧЕНИЕ ТОКА
Подстроечный потенциометр на плате A4988 можно использовать для установки ограничения тока шагового двигателя. Следует обратить внимание на следующее:
В платах шаговых драйверов A4988 используются различные резисторы RCS, в зависимости от производителя. Обычно RCS может быть 0,05 Ом (с маркировкой «R050»), 0,1 Ом (с маркировкой «R100») или 0,2 Ом (с маркировкой «R200»). RCS на данной плате управления A4988: 0,1 Ом.

Шаг четвертый: установка оси X И Y
В этом проекте мастер в основном использовал болты для соединения деталей.
Первый шаг к созданию этого мини-плоттера с ЧПУ — это разобрать два привода DVD / CD.
Далее мастер припаял 4-х проводные кабели к 2-м шаговым двигателям, определив их обмотки и клеммы.
Он измерил длину привода — ось X, которая будет расположена горизонтально, затем вырезал алюминиевый уголок 20 x 20 x 1,4 мм по длине. В данном случае — 120 мм.

Дальше просверлил в алюминиевом уголке 6 отверстий:
— Два отверстия для крепления оси Y с помощью M4x50.
— Два отверстия для крепления оси X с помощью M4x25.
— Два оставшихся отверстия для крепления CNC Shield V4.0 через латунные соединительные гайки L-10 мм.

Двигатели и контроллеры — приводные системы

Серводвигатели и контроллеры серводвигателей: сервоприводные системы

Контроллер серводвигателя CMMP-AS предназначен для динамичных перемещений и требовательных применений в производстве станков и оборудования. Являясь высокофункциональной сервоприводной системой он охватывает почти все приводные применения. Он обеспечивает простой и гибкий способ адаптации концепций модульных станков к пользовательским требованиям.

Контроллер серводвигателя (сервоприводная система) CMMP-AS

• CMMP-AS-MO как основной вариант со стандартными функциями
• CMMP-AS-M3 с опцией расширения, например для соединения EtherCAT или модуля безопасности
• Автоматический тормоз двигателя
• Контроль скорости и положения, тока и крутящего момента
• Безрывковое позиционирование
• Бесступенчатое позиционирование при эксплуатации в замкнутом контуре
• Плавающие измерения и электронный кулачковый диск
• Гибкие программные концевые выключатели

Программные средства от Festo для интегрированной концепции от ввода в эксплуатацию до программирования и до параметризации, включая равномерное и легкое управление:

• Festo Configuration Tool (FCT)
• Профиль FHPP
• Простая передача параметров и прошивки при помощи SD-карты

Встроенные функции безопасности:

• Безопасный останов с блокировкой перезапуска
• Функция безопасного отключения крутящего момента Safe Torque Off (STO) до категории 4, PLe

Совместим с серводвигателями EMMS-AS, EMME-AS

• Постоянно возбужденные, бесщеточные серводвигатели
• 8 диапазонов крутящего момента
• Однооборотный (стандарт) или многооборотный энкодер (опция)

Шаговые двигатели и контроллеры шаговых двигателей

Оба контроллера двигателей CMMO-ST и CMMS-ST являются сервоприводной системой с замкнутым контуром для шаговых двигателей. В качестве полноценной сервосистемы с замкнутым контуром они используют лучшие характеристики двигателя для обеспечения высочайшей эксплуатационной безопасности и быстрого динамического отклика. Кроме того, они могут использоваться в качестве недорогой разомкнутой системы с шаговым двигателем без энкодера. CMMO-ST предлагает простое конфигурирование системы и диагностику при помощи встроенного веб-браузера.

Контроллер шагового двигателя CMMO-ST

• Интерфейс ввода/вывода (7 свободно задаваемых позиции через непосредственно выделенные вх/вых)
• Ускорение с ограничением рывков
• Мониторинг свободно задаваемых позиций и диапазонов крутящих моментов
• Мониторинг различных переменных процесса, таких как крутящий момент, скорость, позиция и время
• Режим позиционирования с дополнительным ограничением крутящего момента
• Принудительный режим с дополнительным ограничением хода
• Скоростной режим с ограничением хода и усилия

Контроллер шагового двигателя CMMS-ST

• Автоматический тормоз двигателя
• Внешний тормозной резистор (опция)
• Безрывковое позиционирование
• Бесступенчатое позиционирование
• Цифровые входы и выходы защищены от короткого замыкания, перегрузки и переполюсовки напряжения
• Разрешение шага: микрошаг, 4000 шагов на оборот

Программные средства от Festo для интегрированной концепции от ввода в эксплуатацию до программирования и до параметризации, включая равномерное и легкое управление:

• Festo Configuration Tool (FCT)
• Профиль FHPP

Встроенные функции безопасности:

• Функция безопасного отключения крутящего момента Safe Torque Off (STO) с категорией 3, PLd

Совместим с шаговым двигателем EMMS-ST

• Двухфазная гибридная технология для длительного срока службы и бесперебойной работы
• Дополнительный энкодер для замкнутой функции
• Исполнения с дополнительным тормозом двигателя

Степень защиты:

• Корпус двигателя и разъемы — IP65
• Подшипник вала двигателя — IP54

ШД и драйвер шагового двигателя

Вопрос: Что же такое шаговый двигатель и для чего он нужен?
Ответ: Все шаговые двигатели — представляют из себя устройства, которые преобразуют электрические импульсы в перемещение вала шагового двигателя на определенный угол, которій зависит от конструкции двигателя. В отличие от обычных двигателей например асинхронніх, шаговые двигатели имеют огромніе отличия, которые и определяют их выгодные свойства при использовании их в некоторых областях применения.
Шаговый Двигатель по сути бесколлекторный двигатель постоянного тока. Как и другие бесколлекторные двигатели, шаговый двигатель имеет высокую надежность и при правильной эксплуатации имеет очень длительный срок службы.
Самое большое применение Шаговый двигатель нашел в области где требуется очень высокая точность перемещений или скорости. Наглядные примеры такому применению это принтеры, копировальные машины, а так же более сложные устройства это станки с ЧПУ (Числовое программное управление) это фрезерные, гравировальные машины (например гравировальный станок Зубр 300).

Вопрос: Какие достоинства или недостатки имеются у шаговых двигателей по сравнению с обычными моторами?
Ответ:
Достоинства
— угол поворота ротора шагового мотора зависит от числа импульсов тока поданных на двигатель;
— шаговый двигатель имеет максимальный момент в режиме останова, в том случае если на обмотки двигателя подан ток;
— высокая точноть повторяемости и позиционирования, так к примеру качественные шаговые двигатели имеют точтость не хуже 2,5% от величины одного шага, при этом даже эта ошибка не накапливается при последующих шагах;
— шаговый двигатель может очень быстро стартовать, останавливаться и начинать реверсивное движение;
— высокая надежность шагового двигателя, обусловленна отсутствием щеток, поэтому срок службы шагового мотора ограничивается только сроком службы подшипников;
— постоянный угол поворота ротора от количества входных импульсов (в штатных режимах работы) позволяет выполнять позиционирование без применения устройств обратной связи;
— обеспечивает сверхнизкие скорости вращения вала двигателя, для нагрузки подведенной напрямую к валу двигателя без использования редуктора;
— работа в очень широком диапазоне скоростей, так как скорось напрямую зависит от количества входных импульсов.
Недостатки
— шаговый двигатель обладает явлением резонанса;
— возможен вариант когда двигатель выпадает из синхронизации отчего происходит потеря информации о положении, при работе в цепи обратной связи;
— при использовании стандартных схем подключения количество потребляемой двигателем энергии не уменьшается при отсутствии нагрузки;
— сложности управления двигателем при работе на высоких скоростях (требуется применение эффективных алгоритмов разгона и торможения)
— низкая удельная мощность шагового привода;
— для обеспечения эффективного управленя шаговым двигателем нужна очень сложная схама управления или другими словами драйвер ШД.

Вопрос: Каких типов бывают шаговые двигатели?
Ответ: В зависимости делятся по конфигурации обмоток:
а)Биполярный ШД — имеет четыре выхода, и содержит две обмотки.
б)Униполярный ШД — имеет шесть выходов. Содержит две обмотки, но каждая из обмоток имеет отвод из середины.
в)Четырехобмоточный ШД — имеет четыре независимые обмотки. По сути представляет собой тот же униполярный ШД, только обмотки его полность разделены.

Вопрос: Где взять шаговый двигатель?
Ответ: Шаговые двигали получили очень широкое применение, и их можно найти например в устаревших пятидюймовых дисководах или старых матричных принтерах, которые ценятся у радиолюбителей. Так же шаговы двигатели есть и в старых флоппи дисководах, но они не находят второго применения из-за того что весьма ущербной конструкции — у него только один задний подшипник, а передним концом вал упирается в подшипник который закреплен на раме дисковода, так что его можно применять только в родном исполнении, либо городить какуюто высокоточную крепежную конструкцию. Можно разобрать струйный или лазерный принтер, но опять же там применяются маломощные моторы. Так же можно их приобрести у нас или в другихмагазинах, которых предостаточно.

Вопрос: На какой минимальный угол повернется вал шагового двигателя?
Ответ: Вал двигателя может повернуться на 0,9 или 1,8 или 3,6 градуса (наиболее распространенные двигатели), но также угол поворота может быть разбит до 32 частей за счет использования специального драйвера ШД.

Вопрос: Что такое драйвер шагового двигателя?
Ответ: Драйвера шаговых двигателей применяются для управления биполярными и униполярными шаговыми двигателями, для запуска с полным шагом, половинным и микрошагом. Они можно сказать действуют как посредники между компьютером или устройством управления и двигателем, поэтому должны подбираться по напряжению и уровню мощности, а также типу сигнала. Тип шагового двигателя является самым важным фактором при выборе драйвера шагового двигателя. В униполярном или биполярном двигателе ток проходит только в одном направлении по обмотке. Биполярные шаговые двигатели имеют всего две обмотки через которые поочереднопроходит ток. Двигатели например компании Fulling Motor, как биполярные так и униполярные имеют одинаковый крутящий момент, но достигается это при подачи разного управляющего тока. Шаговые двигатели с полным шагом приводятся в движение за счет изменениям магнитного поля обмоток относительно магнитного ротора. Полушаговые двигатели действуют также, как двигатели с полным шагом но угловое перемещение ротора составляет только половину целого шага. На каждом втором шаге запитана лишь одна из фаз, а в остальных случаях запитаны обе фазы. В результате угловое перемещение ротора составляет только половину угла. Микрошаговые режимы работы отличаются дискретным числом угловых перемещений угловых положений между каждым полным шагом. В микрошаговых драйверах двигателей используются электронные методы улучшения позиционирования за счет сложных алгоритмов системы управления.
Драйвера шаговых двигателей могут отличаются по электрическим характеристикам, параметрам их управления, размерам и техническим характеристикам. Наша компания предлагает драйвера MSD-300 позволяющие управлять шаговым двигателем с напряжением до 30 вольт, и током до 3 Ампер, а также позволяют дробить шаг до 32 раз. Параметры управления включают в себя особенности установки и управления. В некоторых драйверах используются ручные средства управления типа кнопок, DIP-переключателей или потенциометров, в нашем драйвере для задания режимов работы необходимо его подключить к ПК и с помощью специальной программы легко задать нужный режим.

Гравировка на граните

С древних времен известна ручная резьба по камню и стеклу, Еще в древности китайские мастера умели создавать высокохудожественные произведения из стекла и камня, которые пользовавались большим спросом

5-ти дюймовый дисковод и станок ЧПУ

Тема раздела Механика станков CNC, самодельные проекты в категории Станки ЧПУ, Hobby CNC, инструмент; Всем здравствуйте! Рылся в сарае и нашел стойку с 5-ти дюймовыми дисководами. Обратил внимание на шаговый двигатель привода блока магнитных .

Опции темы

• Версия для печати
• Отправить по электронной почте…
• Подписаться на эту тему…

5-ти дюймовый дисковод и станок ЧПУ

Всем здравствуйте!
Рылся в сарае и нашел стойку с 5-ти дюймовыми дисководами. Обратил внимание на шаговый двигатель привода блока магнитных головок и решил более внимательно разобраться со всем этим делом, тем более что в последнее время стала появляться мысль о ЧПУ. В общем, из 4-х дисководов в стойке, 2 были «Роботроны» (у них шаговики маленькие и винтовой привод), а 2 были МС-5313 (вид и другое на фото). Вспомнил и нашел книгу с их описанием и вот что в «итого».

— Готовый стандартный разъем питания +5, +12 вольт.
— На разъеме интерфейса имеются уже готовые входы для управления шаговым двигателем
— «Направление» – высокий или низкий сигнал на котором определяет направление вращения шагового двигателя
— «Шаг» – при подаче импульса происходит 1 шаг двигателя (переключение по заднему фронту, отрицательному спаду напряжения). Сигналы фаз и длительность для двигателя формируются в схеме автоматически.
— Если контролируется, к примеру крайнее положение каретки, то есть уже готовый датчик (на фото сзади) и на выводе интерфейса (вывод 26) соответственно сигнал.
— На временнОй диаграмме видно, что для данного двигателя допускается следование импульсов 3 мс., или двигатель может «шагать» с частотой 333 шага в минуту.
— Напряжение при переключении двигателя 12 вольт, после окончания команды «шаг» на обмотках остается удерживающее напряжение 5 вольт фиксирующее ротор.
На мой взгляд, это готовый контроллер с двигателем. Управлять станком должна программа Kcam, остается механика. Мощность двигателей маленькая, и станок планируется небольшой, рабочий стол порядка 350х450мм. и фреза диаметром 1мм. Для резки нервюр и шпангоутов из бальзы думаю, что будет вполне достаточно.

Всем здравствуйте!
Позволю себе продолжить тему, после испытаний всего этого в работе.

Соединение с компом, это очень просто.

— Со старого блока питания срезал разъемы и удлинил провода до контроллеров (питание контроллеров от включенного компьютера).
— К клеммам 20 «Шаг» и 18 » Направление» подпаял провода, на другом конце проводов припаял клеммы от ШР-а по диаметру подходящие с отверстиями LPT порта и соединил как на фото (отсчет ног разъема с права на лево 1-я пропущена, 2-я «шаг» 3-я » Направление «, 4-я пропущена, … черный «минус»)

На этом собственно и все.

Хочу сразу отметить, что программа Kcam 4-00-11 под XP-ой работать не захотела. Пришлось с кладовки тащить старый комп. Зато под 98-й все заработало на «ура!».
Относительно малого крутящего момента двигателя, то я немного недооценил.
Когда запустил тестовую программу, и двигатели начали отрабатывать по осям, то пришлось приложить усилия чтобы остановить. Субъективно, этого крутящего момента двигателя, будет вполне достаточно чтобы таскать каретку напрямую без редуктора, (редуктор будет нужен для уменьшения хода каретки для более точного позиционирования). Если, к примеру, шпиндель со сверлом для сверловки отверстий в печатных платах, или миллиметровую фрезу для резки шпангоутов или нервюр из бальзы, то этого что называется «по заглаза». И то чем я раньше «болел» – лазерная резка, как-то отошла на дальний план. И теперь я уверен, что ходовые винты, мощные «шеговики», стол размером 1000х1000 это излишне для таких задач, это вроде как очень прочные колеса от паровоза приладить к самолету.
И еще хочу обратить внимание тех, кто будет повторять, это на JP-хи на плате контроллера, специально сфотал (справа от разъема питания синие), без мануала куда что понять невозможно. На второй плате контроллера (JP-х не нашлось) штырьки подогнул друг к другу аккуратно запаял каплей припоя.
На этом пожалуй все.
Удачи всем.