Ecoparcovka.ru

ЭкоПарковка СТО
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Шаговый двигатель для чпу как подключить

Шаговый двигатель nema 17 подключение. Чем отличаются типы шаговых двигателей Nema

Перед началом очередного проекта на Arduino, было решено использовать шаговый двигатель Nema 17.

Почему именно Nema 17? В первую очередь, из-за отличного соотношения цена/качество.

Перед подключением Nema 17, за плечами был определенный опыт работы с шаговиком 24byj48 (даташит). Управлялся он и с помощью Arduino, и с помощью Raspberry pi, проблем не возникало. Основная прелесть этого двигателя — цена (около 3 долларов в Китае). Причем, за эту сумму вы приобретаете двигатель с драйвером в комплекте. Согласитесь, такое можно даже и спалить, не особо сожалея о содеянном.

Теперь появилась задача поинтереснее. Управлять шаговым двигателем Nema 17 (даташит). Данная модель от оригинального производителя реализуется по цене около 40 долларов. Китайские копии стоят раза в полтора-два дешевле — около 20-30 долларов. Очень удачная модель, которая часто используется в 3D принтерах и CNC-проектах. Первая возникшая проблема — как подобрать драйвер для этого двигателя. Силы тока на пинах Arduino для питания не хватит.

ПОЛЕЗНО Шаговые двигатели, характеристики. Драйверы шаговых двигателей, разновидности, настройка.

Alsan

Alsan

МЕСТНЫЙ СТАРОЖИЛА
  • 01.05.2019
  • Последнее редактирование: 04.05.2019
    Рекомендованный
  • #1

На форуме периодически всплывают вопросы о драйверах шаговых двигателей и их настройке. Решил разобраться с этим делом для себя, возможно кому-нибудь также пригодится.

Для начала разновидности двигателей Nema17.

17HS4401 ток 1,7A – обычные
17HS8401 ток 1,8А – более мощные
17HS4402 ток 1,3A – по некоторым сведениям менее шумные, чем 17HS4401

Nema17BH 42BHM(42BYG) — в архиве: Nema17 — (описание и параметры разновидностей ШД)

(здесь важен ток двигателя, для дальнейших расчетов).

А4988
Встречаются варианты разного цвета.

Поэтому нужно обращать внимание не на цвет, а на микросхему драйвера.

Схема и распиновка:

Характеристики А4988
Напряжения питания логической части: 3-5,5 В
Напряжения питания силовой части: 8-35 В
Максимальный ток без дополнительного охлаждения: 1 А
Максимальный ток с дополнительным охлаждением: 2 А
Дробление шага: 1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16
Защита от перегрузок и перегрева

Назначение контактов драйвера A4988
ENABLE – включение/выключение драйвера
MS1, MS2, MS3 – контакты для установки микрошага
RESET — cброс микросхемы
STEP — генерация импульсов для движения двигателей (каждый импульс – шаг), можно регулировать скорость двигателя
DIR – установка направление вращения
VMOT – питание для двигателя (8 – 35 В)
GND – общий
2B, 2A, 1A, 1B – для подключения обмоток двигателя
VDD – питание микросхемы (3.5 –5В)

Значение микрошага устанавливается комбинацией сигналов на входах MS1, MS2, и MS3. Есть пять вариантов дробления шага.
MS1 MS1 MS1 Дробление шага
0 0 0 1
1 0 0 1/2
0 1 0 1/4
1 1 0 1/8
1 1 1 1/16

Для работы в режиме микрошага необходим слабый ток. На модуле A4988 поддерживает тока можно ограничить находящимся на плате потенциометром. Драйвер очень чувствителен к скачкам напряжения по питанию двигателя, поэтому производитель рекомендует устанавливать электролитический конденсатор большой емкости по питанию VMOT для сглаживания скачков. Внимание ! — Подключение или отключение шагового двигателя при включённом драйвере может вывести двигателя и драйвер из строя.

Настройка Vref для A4988

Формула Vref для A4988 изменяется от номинала токочувствительных резисторов(Rs). Это два черных прямоугольника на плате драйвера. Обычно подписаны R050(номинал — 0.05 Ом) или R100 (номинал — 0.1 Ом).

Vref = Imax * 8 * (Rs)
Imax — ток двигателя;
Rs — сопротивление резистора. В моем случае Rs = 0,100.

Для 17HS4401 Vref = 1,7 * 8 * 0,100 = 1,36 В.

В связи с тем что рабочий ток двигателя равен 70% от тока удержания. Полученное значение нам нужно умножить на 0,7. В противном случае двигателя в режиме удержания будут сильно греться.

Для 17HS4401 Vref ист. = 1,36*0,7 = 0,952 В.
Обычно Vref ставят ниже, для снижения температуры нагрева шагового двигателя.
Исходя из этого, при длительной работе, на практике можно использовать коэффициент 0,6
Получается для Для 17HS4401, с током 1,7А Vref = 1,7 * 8 * 0,100*0,6=0,816 (0,82)

DRV8825
Плата создана на базе микросхемы компании TI (Texas Instruments Inc.) DRV8825 — биполярном шаговом драйвере двигателя. Расположение выводов и интерфейс модуля почти совпадает с драйвером шагового двигателя Pololu на микросхеме A4988, поэтому DRV8825 может стать высокопроизводительной заменой этой платы во многих приложениях.

Схема:

Характеристики:
шаг:1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32.
Регулировка тока на обмотках двигателя, переменным резистором опорного напряжения.
Источника питания для двигателей от 8,2 В до 45 В.
Встроенный регулятор напряжения для логических цепей. Возможность подключения к логике как 3,3 В, так и 5 В.
Защита от перегрева (отключение при нагреве драйвера 150 градусов).
Защита по превышению тока обмоток.
Защита по пониженному напряжению.
Защита от короткого замыкания на землю.
При токе до 1,5 А на обмотку способен работать без радиаторов и дополнительного охлаждения.

Читать еще:  Двигатель m52 то троит то нет

Регулировку тока двигателя следует производить выставив переменным резистором опорное наряжение (на выводах 12,13 микросхемы или на «среднем контакте резистора») из расчета 1 к 2, т.е 0,5В соответствует 1А, напряжению 1В соответствует 2А.
Обратите внимание, что переходное отверстие (золотистое) на плате, возле выводов 12,13 не является контактом для проверки опорного напряжения, это линия питания двигателей.

Режим микрошага устанавливается путем подачи «1» на контакты MODE0, MODE1, MODE2. (В случае установки драйвера на RAMPS это перемычки MS1, MS2, MS3)

M0 M1 M2 Режим микрошага
не стоит не стоит не стоит полный
стоит не стоит не стоит 1/2
не стоит стоит не стоит 1/4
стоит стоит не стоит 1/8
не стоит не стоит стоит 1/16
стоит не стоит стоит 1/32
не стоит стоит стоит 1/32
стоит стоит стоит 1/32

DRV8825 расчет Vref
Current Limit = Vref * 2
Vref = Current Limit / 2

Например для шагового двигателя 17HS4401: Vref = 1,7 / 2 = 0,85В

Обычно Vref ставят ниже, для снижения температуры нагрева шагового двигателя.

Детальное описание драйверов А4988 и DRV8825 в архиве А4988_DRV8825.rar

Встречалась информация ,что по умолчанию на драйверах DRV8825 выставлен максимальный ток, поэтому регулировка перед началом работы обязательна:
«По умолчанию у красных A4988 опора стоит в 0.8V это 1A ничего плохого не случится, но у DRV8825 опора выставлена в 1.6V -это максимальный ток, в теории 3.2А, по документации DRV8825 рассчитан максимум на 2.5A(2.2А с обдувом), это может повредить, как двигатель, так и драйвер.»

Настройка скоростей и ускорений Mach3

Окно настройки выбираем настройки моторов(Config->Motor tuning) Этот диалог предназначен для настройки параметров перемещений осей станка. Давайте разберёмся, какой параметр и за что отвечает.Параметр шаг/ед (Steps per) самое первое окошко в нижней левой части. Параметр шаг/ед (Steps per) задает количество импульсов STEP, которые необходимо сформировать для перемещения инструмента на 1мм. Он зависит не только от механики, но и от выставленного на драйвере режима деления шага. Чуть ранее мы производили такой расчёт, и наш параметр равен 200 шагов на 1 мм. Эту цифру и надо будет ввести в это окно. Параметр скорость в минуту (Velocity) Этот параметр задает предельно допустимую скорость перемещения по оси, выраженную в мм/мин. Эту единицу измерения мы выставили в программе на начальной стадии настройки Mach 3. Параметр ускорение (Acceleration) Параметр ускорение(Acceleration) — задает максимальное ускорение по оси в мм/с^2. Импульс шагов (step pulse) Величина задержки между изменением фронта шаг.

Импульс направление(Dir pulse) Величина задержки между изменением фронта направление.

Величина задержки между изменением DIR и фронтом STEP в MACH3 не может быть более 5мкс и задается параметром импульс направление (Dir pulse) в окне настройка моторов (Motor Tuning). Малая величина задержки может стать причиной «пропуска шага» при смене направления движения мотора

Первым делом надо занести значение шагов на единицу, которое мы рассчитали. Оно вводится в нижнем левом углу шаг/ед.

С помощью ползунка ускорение (Acceleration) в низу и справа скорость (Velocity) надо подобрать скорость и ускорение двигателя. Скорость -это с каким количеством оборотов будет вращаться вал двигателя. Ускорение- это плавный старт.

настройка осей в mach3

Выбираем одну из осей, например Z.

В окне шаг/мм(Steps per) надо записать ранее полученное число 200.

Передвигая горизонтальный ползунок, ускорение (Acceleration) (плавный разгон) и вертикальный ползунок скорость (velocity), добиваемся плавного разгона и скорости при нормальной работе двигателей, без рывков и потери шага. Надо начинать с перемещения ползунка скорость, немного вверх. После чего нажимайте стрелки клавиатуры вверх и вниз. Вал мотора должен вращаться. Но прежде убедитесь что система не находится в режиме стоп. Кнопка «сброс» не мигает. После подбора для сохранения нажать сохранение настроек (Save Axins Settings)

Читать еще:  Шаговый двигатель управления оборотами холостого хода

Аналогично следует подобрать настройки и для других осей. Для каждой оси настройки могут быть разные. А цифры как целые, так и дробные.

Если не получается подобрать значения для плавного движения, то попробуйте менять значения в окне импульс шага (step pulse).

Если это не помогло – дело дрянь. В этом случае надо измерять напряжение на ножках порта. Большинство плат подключается через опторазвязку. Современные материнки выводят 3,3 вольта. А нам надо 5 вольт для нормальной работы оптронов. Одним из решений будет приобретение платы PCI LPT порта. Другой вариант – убрать оптроны или подобрать сопротивления в их цепи. Давайте протестируем сделанные настройки.

Проверим правильность выполнения команд с клавиатуры.

Управление с клавиатуры перемещением осей Mach 3

Ось Х вращение двигателя левое, значение уменьшается (в моём станке)

стрелка в право- ось Х перемещается в правую сторону, а в окне Х цифровой индикации значение должно увеличиваться.

стрелка влево— ось Х перемещается в левую сторону, а в окне Х цифровой индикации значение должно уменьшатся.

Ось Y ко мне вращение двигателя левое

стрелка вверх- перемещение от меня, значение увеличивается

стрелка вниз- перемещение ко мне, значение уменьшается.

Oсь Z вверх вращение двигателя левое (в моём станке)

PgUp- ось должна перемещаться вверх, а значения на индикаторе увеличиваться.

PgDn- ось должна перемещаться вниз, а значения на индикаторе уменьшатся.

Закрываем диалоговое окно, если оно открыто.

Для того, чтобы проверить настройки, надо перейти на экран ручного ввода.

Это вторая строчка в верхнем поле программы, кнопка MDI (РВД) Или нажмите на клавиатуре Alt 2.

Но перед этим надо сделать обнуление по осям X.Y, ОСЬ Z опустить на 50-60мм. Ось Z можно проверить отдельно, вписав например GOZ-50

Экран ручного ввода в программе Мач 3

Нажать ENTER или кликнуть по полю ввода строки. Теперь в поле напротив кнопки INPUT надо ввести значения G0X10Y10 и нажать ENTER. После этого станок переместит инструмент по всем трём осям и встанет. Реальные значения будут зависеть от размеров станка. Если по осям есть пропуски или остановки, надо произвести коррекцию снова. Значения, которые указываете в программе(G0X10Y10), зависят от размеров вашего станка.

Теперь нам надо быть уверенными в том, что индикация координат, соответствует перемещениям.

На трёх осевом станке движения по оси X происходит с лева на право.

При нажатии кнопки + (стрелка клавиатуры в право) инструмент двигается в правую сторону. Значения на индикаторе увеличиваются с знаком +

Y — ко мне и от меня. При нажатии кнопки + (стрелка клавиатуры вверх) инструмент едет от меня, а значения на ЦИ (цифровой индикатор) увеличиваются с знаком +

Z- вверх (PgUp) и потом вниз (PgDn)

Главный экран программы

Вернёмся к главному экрану. Нажать кнопку Program Run (выполнение) или на клавиатуре нажать Alt 1.

Надо убедиться, что светодиоды вокруг кнопки jog ON/OFF (переезды) горят зелёным, если нет, то нажать кнопку чтобы включить режим ручных передвижений осей. Теперь надо нажать клавишу ТАВ, чтобы отобразить экран управления переездами (jogcontrol). Он отобразится в правой части экрана.

Теперь программе надо указать скорость переезда. Значения вводятся в процентном значении в окне цифровой индикации под надписью замедление переездов (Slow Jog Rate) на панели управления переездами. Начнём с медленной скорости. Кликнуть по окну цифровой индикации, я введу число 10, и нажму enter. На клавиатуре необходимо нажать стрелку в правую сторону. Двигатель должен вращаться, а в окне Х цифровой индикации значение должно увеличиваться. Инструмент должен двигаться в правую сторону. Аналогичным образом надо повторить действия со всеми осями.

Если при нажатии кнопки плюс, инструмент едет не туда и значение на индикаторе не увеличивается, а уменьшается, то вам надо поменять местами галочки на вкладке выход моторов(motor outputs). столбики Dir Low Aktive, Step Low Aktive.

окно настройки портов, контактов и осей станка с ЧПУ

Второй вариант изменения направления вращения. Пройти настройка(Config)-базы двигателей и ограничения(Homing/Limits)

В окне против нужной оси в графе «Reversed» менять галочку на крест, затем нажать «ОК».Это всё что нужно сделать для изменения направления вращения.

Это был третий шаг настройка Mach3. Начало настройки читайте в статье Mach 3 настройка портов

Читать еще:  В какую сторону крутиться двигатель honda

Что нужно для создания фрезерного станка на Ардуино своими руками

Для самостоятельного создания фрезерного станка с ЧПУ рекомендуется приобрести проверенный комплект электроники и оборудования:

  • Контроллер Arduino;
  • Плату расширения CNC Shield v3 / v4;
  • Драйверы DRV8825 / A4988;
  • 4-контактные шаговые двигатели (по 2 на каждую ось);
  • Блоки питания для двигателей;
  • Необходимый рабочий инструмент.

Для загрузки на плату прошивки потребуется компьютер и USB-кабель. Также для соединения всех электрических элементов станка необходим электрокабель.

Для сборки корпуса станка необходимы такие материалы:

  • Фанерные листы (размер зависит от габаритов проектируемого станка);
  • Резьбовые валы;
  • Стальные стержни;
  • Шариковые подшипники;
  • Болты и гайки;
  • Втулки из нейлона (капролона, фторопласта) и металлические втулки.

Подключение Nema 17 через A4988

Подключение было реализовано на основании этой темы на Arduino форуме. Рисунок приведен ниже.

Собственно, данная схема присутствует практически на каждом блоге-сайте, посвященном Arduino. Плата была запитана от 12 вольтового источника питания. Но двигатель не вращался. Проверили все соединения, еще раз проверили и еще раз…

Первая проблема

Наш 12 вольтовый адаптер не выдавал достаточной силы тока. В результате адаптер был заменен на 8 батареек АА. И двигатель начал вращаться! Что ж, тогда захотелось перескочить с макетной платы на прямое подключение. И тут возникла

Вторая проблема

Когда все было распаяно, двигатель опять перестал двигаться. Почему? Не понятно до сих пор. Пришлось вернуться к макетной плате. И вот тут возникла вторая проблема. Стоит предварительно было посидеть на форумах или внимательно почитать даташит. Нельзя подключать-отключать двигатель когда на контроллер подано питание! В результате контроллер A4988 благополучно сгорел.

Эта проблема была решена покупкой нового драйвера на eBay. Теперь, уже с учетом накопленного грустного опыта, Nema 17 был подключен к A4988и запущен, но…

Перейдем к практике

Теория всегда запутана и непонятна, чтобы разобраться, что и как, нужно брать и делать. Поэтому перейдем к практической стороне вопроса.

Итак, из рассмотренного ранее набора у меня есть:

  • Arduino UNO;
  • Модуль ULN2003;
  • Шаговый двигатель 28BYJ-48 5V DC;
  • Куча перемычек, бредборд и источник питания для него.

Модуль ULN2003 – предназначен для управления униполярным шаговым двигателем. Схематически это транзисторная сборка Дарлингтона с 7-ю каналами и, в принципе, ею можно управлять чем угодно. Технические характеристики приведены ниже:

  • Номинальный ток коллектора одного ключа — 0,5А;
  • Максимальное напряжение на выходе до 50 В;
  • Защитные диоды на выходах;
  • Вход адаптирован к разным видам логики;
  • Возможность применения для управления реле.

В модуле, кроме самой микросхемы ULN2003, есть светодиоды для индикации напряжения на выходе, колодка для подключения и перемычка для отключения питания.

Схема модуля на ULN2003, в левом верхнем углу принципиальная схема одного канала (таких в ней 7)

Двигатель 28BYJ-48 5V DC подключается штатным разъёмом к белой колодке на плате. У него 5 проводов — красный общий, и 4 от обмоток.

Схема фаз двигателя 28BYJ-48 5V DC

Основные характеристики:

  • 32 шага за один оборот ротора;
  • Встроенный редуктор с передаточным отношением 63.68395:1, благодаря этому вал делает 1 оборот за 2048 шагов, при полношаговом режиме и 4096 при полушаговом;
  • Cкорость вращения: номинальная 15 об/мин, максимальная 25 об/мин;
  • Напряжение питания 5 В;
  • Ток одной обмотки 160 мА;
  • Полный ток: в 4-шаговом режиме 320 мА, при быстром вращении 200 мА.
  • Коэффициент редукции: 1/63,68395
  • Угол шага ротора (без учета редуктора): при 4-ступенчатой последовательности сигналов управления 11,25 ° (32 шага на оборот); при 8-ступенчатой — 5,625 ° (64 шага на оборот)
  • Крутящий момент не менее: 34,3 мНм (120 Гц);
  • Тормозящий момент: 600–1200 гсм;
  • Тяга: 300 гсм;
  • Вес:33 г.

Итак, рассмотрим простейшие примеры управления двигателем без использования библиотек. Как нам известно на обмотки нужно подавать импульсы определенной последовательности.

Значит, попробуем выдать такие сигналы с ардуино. Для этого я подключаю модуль ULN2003 по такой схеме (пин ардуино – контакт модуля)

  • 13 – IN1;
  • 12 – IN2;
  • 11 – IN3;
  • 10 – IN4.

Схема в сборе

Дальше напишем в Arudino IDE код, который будет подавать на выходы сигналы в соответствии с таблицей выше.

// назначим переменные с номерами портов

const int dl = 2; // переменная для задержки

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector