تکنیک های ساخت cnc

[saghar... 6,666]

مقدمه ای بر سرو موتور و استپر

در دستگاههای CNC به طور عموم از 2 نوع موتور جهت حرکت استفاده می شود. در CNC هایی که نیروی حرکتی کم می باشد از استپر موتور استفاده می شود . اگر در CNC توان بیشتری مورد نیاز بود از سرو موتورها استفاده می شود . سرعت حرکت سرو موتورها چندین برابر استپر موتورها می باشد و عمده فرق بین سرو موتور و استپ موتور در سیستم فید بک آن می باشد . همان انکودری که در انتهای سرو موتور نصب است و میزان حرکت را به صورت آن لاین به درایو گزارش می دهد . کلا موتورهای CNC با پالس حرکت می کنند . با فرستادن پالس بر روی قطبهای این موتورها دوران را شاهد خواهیم بود . در ابتدا استپر موتور را که ساختار ساده تری دارد را خدمتتان تشریح می کنیم .

استپ موتور

این موتورها معمولا دارای 4 قطب A و B و C و D در استاتور خود می باشند . البته تنوع زیادی در این موتورها هست که فعلا وارد آنها نمی شویم . استاتور این موتورها زوج بوده و روتور آنها به صورت آهنربایی دائم بوده و دارای تعداد قطب های فرد است . مثلا در استپرموتور با استاتور چهار قطبی ، روتور دارای پنج قطب می باشد ( پنج ضلعی ) که شامل a و b و c و d و e می باشد . وقتی قطب A استاتور فعال می شود . روتور به گونه ای قرار می گیرد که قطب a در برابر قطب A می ایستد . 4 قطب دیگر b و c و d و e به صورت متقارن ولی با زاویه قرار می گیرند . وقتی قطب B استاتور فعال می شود قطب b دوران نموده و در برابر آن قرار می گیرد و تقارن در راستای B می باشند و این قضیه برای قطب های C و D ادامه می یابد تا مجددا نوبت قطب A استاتور شود و در این حالت قطب e موتور در برابر A می ایستد . البته این حالت به صورت نمادین بوده و بر روی قطب های روتور و استاتور دندانه های زیادی می باشد و حرکت به صورت قرار گرفتن یک سری دندانه ها روبروی یک سری دندانه های دیگر می باشد و در کل در ازای تغییر قطب ها در استاتور ، موتور به اندازه ی 1.8 درجه دوران می نماید . البته موتورهایی هم هستند که 0.9 درجه دوران دارند ولی جامعیت موتورها در 1.8 درجه است . در شکل زیر یک نمونه از سیم پیچی و قطب بندی داخلی استپر موتور ها نمایش داده شده است . در این شکل سیم پیچ قطب A را کامل نشان داده و برای اینکه شکل شلوغ نشود قطب B و C را کامل نکشیده است . به زاویه بین دندانه های استاتور و روتور دقت زیادی نمایید .

این موتورها را به سه روش به دوران در می آورند . در روش اول که فول پالس نامیده می شود ابتدا قطب A در استاتور فعال شده ، سپس قطب B، سپس قطب Cو همین طور الی آخر در این روش پالس ها به صورت کامل بر روی یک قطب است در حالت دوم که نیم پالس ( half pulse ) می باشد . ابتدا قطب A فعال شده ، سپس قطب A و B به صورت همزمان فعال شده در حالت بعد قطب B فعال شده ، سپس قطب B و C به صورت همزمان فعال شده بعد قطب C و همین طور تا آخر . با استفاده از این روش شما می توانید از موتور خود که 1.8 درجه می باشد خروجی 0.9 درجه بگیرید . حالت سوم دوران به صورت میکرو استپ می باشد . در این روش از حالت PWM استفاده می شود و قطب ها به چند سطح ولتاژ تقسیم می شوند . ابتدا قطب A به صورت 100 درصد ، سپس 90 درصد قطب A و 10 درصد قطب B ، سبس 80 درصد قطب A و 20 درصد قطب B و به همین ترتیب ولتاژ از قطب A کم شده به قطب بعدی اضافه می شود . با استفاده از این روش شما به دقت بسیار بالای تری در استپ موتورها می رسید.

.البته این نکته فراموش نشود که در صورتیکه تفاوت بین سطح ولتاژها کم باشد احتمال گم شدن پالس وجود دارد . در درایو نشان داده شده شکل روبرو شما می توانید هر 1.8 درجه را به 200 قسمت تقسیم نمایید یعنی 0.009 درجه و برای یک دور دوران موتور تعداد 40000 پالس باید به درایو فرستاده شود و اگر بخواهیم موتورمان 300 دور در دقیقه یعنی 5 دور در ثانیه بزند باید کنترلر ما 200 کیلو هرتز را ساپورت نماید. اما اگر شما این تقسیم را انجام دهید قطعا پالسهای زیادی را گم خواهید کرد و یا اصلا موتور دوران نخواهد کرد .

 

[saghar... 6,666]

بگذارید در اینجا یک نکته ای را بگویم که شاید کمتر کسی بداند و آن منحنی شکل زیر است .

یعنی اینکه خیلی هم مجاز نیستید فرکانس را بالا ببرید چون گشتاور از یه حدی به بالا بشدت کم می شود . البته این منحنی برای یک مدل استپر موتور خاص است . برای استپ موتور مصرفی خودتان نیاز است کاتالوگ آنرا نگاه کنید .

در مرحله اول شما باید یک استپر موتور بخرید . اگر دقت دوران شما 1.8 درجه باشد پس یک دور ( 360 درجه ) به 200 قسمت تقسیم می شود . اگر بال اسکرو شما گام 10 میلیمتر باشد پس با هر پالس آن یک دویستم 10 میلیمتر یعنی 0.05 میلیمتر شما حرکت به سمت جلو یا عقب خواهید داشت . اگر از سیستم هالف پالس استفاده کنید دقت شما 0.023 میلیمتر می شود و اگر از حالت میکرو استپ استفاده کنید در تئوری به دقت 0.00025 میلیمتر و در تقسیم یک به 20 به دقت 0.0025 میلیمتر می توانید در عمل برسید. مشکل دیگری که درایو های فول پالس دارند لرزش بالا در دستگاه می باشند . اگر از کوپلینگ های فلزی استفاده کرده باشید لرزش دستگاه کاملا مشخص خواهد بود . راه حل جلوگیری از این معضل استفاده کوپلینگ هایی با اتصال لاستیک و پلاستیک و یا استفاده از تسمه تایمینگ می باشد . دوستی را دیدم که برای اتصال موتور به بال اسکرو از شیلنگ گاز و بست استفاده کرده بود . بدانید که این راه صنعتی نمی باشد . راه حل صنعتی استفاده از سیستمهای میکرواستپ به همراه کوپلینگ ارتجاعی دقیق است .

اگر بخواهید می توانید این درایو ها را خودتان بسازید . تعدادی از شرکت ها خودشان درایو استپ موتورها را می سازند و دلیل آن پایین آوردن قیمت تمام شده و همچنین سادگی ساخت این درایو ها می باشد . شما می توانید در محیط های برنامه نویسی سیگنال هایی را به پورت پارالل ( پورت پرینتر ) بفرستید . این ساده ترین راه است . بعدا روش این کار را توضیح خواهم داد . اگر عجله دارید می توانید سرچی در اینترنت بزنید و مطابق با محیط برنامه نویسی دلخواهتان ، آن را کشف کنید . حتی سورس های آماده هم وجود دارد . به هر حال با خروجی پرینتر می توانید پالس بفرستید . مشکل در اینجاست که آمپر پالس ها کم و پالس ها ضعیف می باشند . به وسیله ترانزیستورها می توانید این پالس ها را تقویت کنید و موتورها را به دوران در بیاورید . یک مشکل کوچک در اینجا می ماند و آن اینکه ممکن است که در اثر اتصالات و یا سوختن ترانزیستور ، برق جریان بالا وارد مادر برد کامپیوترتان شود و به کامپیوتر شما آسیب برساند . راه حل آن استفاده از اپتوکوپلر ها جهت جدا نمودن دو سطح جریان و ولتاژ است . احتمال دارد که بخواهید از چند استپ موتور استفاده کنید . به دلیل محدودیت تعداد پین های ارسال اطلاعات در پورت مورد استفاده ، باید از IC های لچ در بردتان استفاده کنید. تا بتوانید تعداد خروجی های خود را افزایش دهید . مطالب بعدی صنعتی کردن بردتان است . شما با همان ترانزیستورها می توانید موتور را بچرخانید اما نویزهای محیط های صنعتی ، بالا و پایین رفتن سطح ولتاژ و ... مشکلاتی را به وجود می آورد که برای ایجاد بردهای صنعتی باید همه این موارد در نظر گرفته شود . بر خواهیم گشت ای دوستان عزیز و روش ساخت یک درایو حرفه ای که به روش PWM پالس می فرستد را خواهیم گفت .

استپر موتور در دستگاههایی که نیازمند گشتاور بالا توام با سرعت یکنواخت و دقت بالاست از سرو موتور استفاده می کنند و استپ موتور جوابگوی قضیه نیست . مهمترین دلیل استفاده از سرو در دستگاههای CNC حصول اطمینان از مکانی است که محور باید در آنجا حضور داشته باشد و آن به دلیل حضور انکودر انتهای شفت موتور و خواندن مکان درایو سرو موتورها می باشد . ممکن است در استپ موتور به هر دلیلی ( مثلا کثیف شدن ریل ، افتادن سفاله روی ریل ، حضور یک قطعه اضافی در مسیر حرکت و ... ) نیرویی بیشتر از حد به موتور وارد شود و موتور جهت گذشتن از مانع چند پالس را گم نماید . این پالس های گم شده در طول مسیر تا انتها وجود خواهند داشت . اما سرو میزان خطا را ثبت می کند و در اولین فرصت آنرا جبران می کند و جالب اینکه اگر در تایم مشخص شده نتواند خطا را جبران کند ، آلارم خطا می فرستد و حرکت را متوقف می کند . تا حد ممکن به نظر من سعی نمایید از موتورهای سرو در دستگاههای خود استفاده نمایید .

[saghar... 6,666]

بگذارید سرو را ریشه ای تر بررسی کنیم . فرق بین سرو موتورها و استپ موتورها در چند چیز است . استپ موتورها دارای سرعت پایینی می باشند ولی سرو موتورها مقدار دور موتورهای معمولی را حفظ کرده اند و با دور 1000 ، 2000 و 3000 دور بر دقیقه حرکت می کنند . در ضمن دقت دوران بسیار بالایی دارند . میزان استپ حرکت های این موتورها حدود یک تقسیم بر دو به توان پانزده یعنی حدود 0.0003 دور می باشد . در صورتی که از بال اسکرو دقیق با گام 10 میلیمتر استفاده کنید میزان حرکت به جلو 0.3 میکرون می رسد که برای دقیق ترین CNC ها هم کافی می باشد . معمولا تلرانس های مکانیکی محدود کننده دقت حرکت دستگاه می باشد و سیستم الکترونیک جوابگوی دقت ما می باشد . از جمله مشکلی که بعضی از این موتورها دارند حرکت در دورهای پایین است . موتور های سرو AC در حقیقت یک AC موتور معمولی است . همانطوریکه بعدا در بحث اینورتر ها خواهیم گفت می توان موتور را با تغییر فرکانس به جای مثلا 1450 دور بر دقیه با سرعت های پایین تر به دوران در آورد اما زمانیکه این تغییر دور خیلی کم شود ، گشتاور خروجی موتور به شدت کم می شود . اجازه بدهید ملموس تر صحبت کنیم . یک موتور 3000 دور بر دقیقه ، در هر ثانیه 50 دور می زند . حال اگر CNC شما دستگاه هوابرش باشد ، موتورها باید زمان لازم را برای برش آهن به دست بدهند . اگر فرض کنیم در هر دو ثانیه یک سانتیمتر آهن برش خورده شود و مکانیزم حرکت دستگاه ما چرخدنده شانه ای با قطر چرخدنده پینیون 3 سانتیمتری باشد ، محیط چرخدنده حدود 6 سانتیمتر می شود و چرخش یک دور موتور 12 ثانیه طول خواهد کشید پس دور موتور حدود 5 دور بر دقیقه خواهد بود. به عبارت دقیقتر سرو موتور شما 3000 دور بر دقیقه است اما عمده استفاده آن در دستگاه 5 دور بر دقیقه است یعنی 2995 دور بر دقیقه کمتر . در قاعده موتورها وقتی بخواهید یک موتور 3000 دور بر دقیقه را با دور 5 بچرخانید ، افت گشتاور زیاد خواهید داشت . تازه یک مطلب جالب تر را هم بگویم و آن اینکه 5 دور بر دقیقه ماکزیمم دور حرکت خطی برش است یعنی اینکه دستگاه شما برای اینکه به چنین دوری برسد لازم است طبق یک منحنی مشخص افزایش دور پیدا کرده و 5 دور بر دقیقه برسد . در لحظات ابتدایی 0.5 دور بر دقیقه سپس 1 ، 2 ، 3 و در نهایت 5 دور بر دقیقه . در دورهای بسیار پایین ممکن است موتور 4 پالس را درست طی کند پالس پنجم را طی نکند و پال ششم را در عوض دوبله حرکت کند . اثر این قضیه در غیر یکنواختی حرکت می باشد و دستگاه ، توام با لرزش و صدا خواهد بود . شما باید دستگاه خود را به گونه ای طراحی نمایید که این مساله هیچ وقت اتفاق نیافتد .

گرچه در زمانیکه دستگاه برش نمی دهد سرعت بالاتر است اما محدودیت اینرسی مانع از افزایش خیلی زیاد می باشد . در مثال بالا چون موتور ما 3000 دور بر دقیقه است و سرعت برش 5 دور بر دقیقه می باشد در حرکتهای غیر برشی مجاز هستیم سرعت دستگاه را دو و یا 3 برابر کنیم . حتی اگر 4 برابر هم کنیم باز هم به 20 محدود می شویم و موتور 3000 تایی ما هیچ وقت بیشتر از 20 دور بر دقیقه نخواهد چرخید و ما از گشتاور خروجی موتور هیچ وقت حداکثر استفاده را نخواهیم کرد . برای حل این معضل 2 راه حل وجود دارد . راه جل اول استفاده از سرو موتورهای خاص ساخته شده برای حرکت در دورهای پایین می باشد . در روباتها حرکت 3000 دور بر دقیقه معنی ندارد . این قبیل موتورها در روباتها کاربرد زیادی دارد .

شرکت پاناسونیک موتورهای خود را به 4 دسته تقسیم بندی نموده است Ultra low inertia - Low inertia - Middle inertia - High inertia . در شکل زیر دسته مربوط به Middle inertia دیده می شود . این دسته خود به سه قسمت تقسیم شده است . سری MGMA را نگاه کنید . خود این سری 4 مدل در توانهای مختلف دارد . دایره مشکی رنگی دور شاخص آن ( Features ) کشیده ام . متن مذکور عبارت است از .Middle capacity .Suitable for machines requiring low speed with high torque در ردیف کاربرد آن Applications که همان ستون آخر باشد نوشته است : .Belt driven machines .Conveyers .Robots .

[saghar... 6,666]

جالب است نه ؟ خیلی از دستگاه سازهایی که من می شناسم از سرو موتور سه مطلب بیشتر نمی دانند . مطلب اول چه شرکتی و مطلب دوم چه مارکی و مطلب سوم چه توانی ؟ از یکی از دوستان پرسیدم چرا فلان مدل پاناسونیک را روی دستگاه بسته ای ؟ گفت : جواب می ده مهندس ، جواب می ده ، گفنم : چی چی رو جواب می ده ، من می گم چرا این مدل رو بستی ؟ گفت : خوب یک کیلو وات پاناسونیکه دیگه ، اشکال داره ؟ گفتم : پاناسونیک پنج مدل یک کیلو وات داره ، چرا مدل ... را انتخاب کردی ؟ گفت : " نمی دونم ، اینو دیگه باید از فلانی ( فروشنده موتور ) بپرسیم . گفتم یک کیلووات می خوام ، اونم این رو داد. " خیلی مسخره بود . فروشنده یک بازرگان بود و به قول خودش : " برای من فرقی نمی کنه ، هرچی بخوای می آرم . اصلا تخصص من آوردن چیزایی هست که کسی نمی تونه بیاره " واقعا بعضی از این دوستان تصمیم گیرنده در خصوص دستگاههای CNC هستند . امید دارم روزی تخصص متخصصین جایگزین اینگونه تخصص های آب دوغ خیاری شود.

البته چیزی می خواهم در خصوص موتورهای دستگاههای CNC بگویم که آتش به دل من زده است . ما به دلیل پر کردن اطلاعات CNCkaran تقریبا در تمامی نمایشگاههای بین المللی تهران شرکت می کنیم ، از نمایشگاه صنعت گرفته تا دام و طیور ، نمایشگاه بسته بندی و ... در اکثر این نمایشگاهها دستگاههای ترکیه ای زیادی آورده می شود . در تمامی این دستگاهها بدون استثنا از موتورهای سرو با کیفیت بالا استفاده شده است . در دستگاههای ترکیه ای سرو موتورهای چینی نمی بینید . اما بالای 60 درصد سرو موتورهایی که در ایران روی دستگاههای CNC بسته می شود چینی است . از تعداد باقیمانده عمده آن تایوانی است و بخش کمی هم اروپایی است . قیمت، تقریبا تمام دلیل استفاده از این موتورهاست . روزی می شنیدم که ترکیه کشوری عقب مانده است . وقتی آدم به ترکیه می رود باید مواظب کیف پولش باشد . مردم گشنه و عقب مانده ترکیه ای چشم به مال و اموال ایرانی ها دارند ، اما اکنون وقتی دستگاههای ترکیه ای را می بینم زوایای دستگاههای اروپایی کاملا نمایان است و تکنولوژی در سطح بسیار بالایی دارند . دستگاه سازهای آنها به این نتیجه رسیده اند که باید از موتورهای با کیفیت بالا استفاده کرد حتی اگر قیمت بالایی داشته باشند . مشتری های آنها هم به این درک رسیده اند که پول خود را نباید با اجناس آشغال به دور بریزند . اما در ایران ما برعکس است . مطمئن باشید که همین الان که این متن را می خوانید چند نفر ایرانی در چین در حال جستجو هستند که چه جنسی را با قیمت پایین وارد کنند که بتوانند سود خوبی داشته باشند و دستگاه سازها هم کم لطفی می کنند وبه سراغ ارزانترین می روند تا در رقابت کم نیارند . و مشتری بد بخت ترین عنصر این سیکل است که دستگاهی به مبلغ A ریال می خرد و قبل از اینکه دستگاهها مبلغ A ریال از خرید خود را دربیاورند خرابی ها شروع می شود . عزیزان من موتور تایوانی و چینی و کره ای و ... تا می توانید نخرید. موتورهای اروپایی ، ژاپنی و ... روی دستگاههای خود ببندید ضرر نمی کنید. ای کاش روزی دستگاه سازهای ما مانند دستگاه سازهای ترکیه ای پایه دستگاه سازی خود را درست بنا کنند . ای کاش روزی همه CNC سازها با هم تصمیم می گرفتند که از آن روز به بعد موتورهای چینی روی دستگاههای خود نبندند.

اجازه دهید در خصوص درایوها یک مقدار بیشتر عمیق شویم . درایوهای همه سرو موتورها دارای چند حالت مختلف حرکت می باشند . با این روش می توان خروجی های مورد نظر را از سرو موتورها گرفت . یک حالت بر مبنای کنترل سرعت Motion Control است . حالت دوم کنترل موقعیت است Position Control و حالت سوم کنترل گشتاور است Tourq Control . برای انتخاب این حالتها در درایوتان باید وارد مد های برنامه نویسی شوید و مد مورد نظر خود را انتخاب کنید

 

[seyed mehdi hoseyni 27,119]

جالب است نه ؟ خیلی از دستگاه سازهایی که من می شناسم از سرو موتور سه مطلب بیشتر نمی دانند . مطلب اول چه شرکتی و مطلب دوم چه مارکی و مطلب سوم چه توانی ؟ از یکی از دوستان پرسیدم چرا فلان مدل پاناسونیک را روی دستگاه بسته ای ؟ گفت : جواب می ده مهندس ، جواب می ده ، گفنم : چی چی رو جواب می ده ، من می گم چرا این مدل رو بستی ؟ گفت : خوب یک کیلو وات پاناسونیکه دیگه ، اشکال داره ؟ گفتم : پاناسونیک پنج مدل یک کیلو وات داره ، چرا مدل ... را انتخاب کردی ؟ گفت : " نمی دونم ، اینو دیگه باید از فلانی ( فروشنده موتور ) بپرسیم . گفتم یک کیلووات می خوام ، اونم این رو داد. " خیلی مسخره بود . فروشنده یک بازرگان بود و به قول خودش : " برای من فرقی نمی کنه ، هرچی بخوای می آرم . اصلا تخصص من آوردن چیزایی هست که کسی نمی تونه بیاره " واقعا بعضی از این دوستان تصمیم گیرنده در خصوص دستگاههای CNC هستند . امید دارم روزی تخصص متخصصین جایگزین اینگونه تخصص های آب دوغ خیاری شود.

 

[saghar... 6,666]

 

بیچاره مهندسه حسابی توپش پر بوده