Сервокроковий двигун NEMA 23 з енкодером для верстата ЧПУ
Сервокроковий двигун NEMA 23 це кроковий двигун із фланцем 57 мм, енкодером на задньому торці і драйвером, який працює в замкненому контурі. Він підходить для осей на кульково-гвинтовій передачі, осі Z з легким шпинделем, лазерних і невеликих фрезерних верстатів. У підкатегорії комплект на 3 Н·м зі струмом фази 3.5 А і драйвером HBS57 на 16-70 В постійного струму. Нижче розібрані посадкові розміри фланця, сила на осі при гвинті і рейці, оберти на подачі, вибір блока живлення, монтаж з енкодером і помилки, які трапляються саме з двигунами цього розміру.
Двигун NEMA 23 3 Н·м, 3.5 А з енкодером і драйвер HBS57 у замкненому контурі: без непомітної втрати кроків, аварія за помилкою положення, кабель 3 м.
Немає у наявності
Чим NEMA 23 з енкодером відрізняється від звичайного NEMA 23
Фланець і посадкові розміри у двигуна з енкодером такі самі, як у крокового NEMA 23 без зворотного зв’язку, тому він стає на ті самі моторні плити і кронштейни. Відмінності три: енкодер у корпусі на задньому торці подовжує двигун, з нього виходить окремий кабель енкодера з роз’ємом, а працює двигун тільки зі своїм драйвером, який читає цей енкодер. Заміна звичайного крокового двигуна на сервокроковий зводиться до заміни двигуна і драйвера, контролер і програма керування залишаються колишніми.
Комплект NEMA 23 3 Н·м: двигун з енкодером на задньому торці, кабелі та драйвер HBS57
Посадкові розміри фланця NEMA 23
Розмір
Значення за стандартом NEMA
Сторона фланця
57 мм
Відстань між кріпильними отворами
47.14 мм по квадрату
Діаметр центрувального пояска
38.1 мм
Центрувальний поясок входить у розточку моторної плити і задає співвісність вала з гвинтом. Якщо розточки немає і двигун тримається тільки на гвинтах, вал зміщується під час затягування, муфта працює з перекосом і навантажує підшипники двигуна і гвинта.
Сила на осі при моменті 3 Н·м
За формулами з основної статті розділу можна порахувати і зворотну задачу: яку силу на осі дає двигун з утримувальним моментом 3 Н·м. Це гранична статична сила без запасу, на швидкості момент менший, тому робочу силу беруть нижчою.
Передача
Розрахунок
Сила на осі
Гвинт із кроком 5 мм, ККД 0.9
3 x 2π x 0.9 / 0.005
3393 Н
Гвинт із кроком 10 мм, ККД 0.9
3 x 2π x 0.9 / 0.010
1696 Н
Рейка модуль 1.25, шестерня 20 зубів, d 25 мм
3 / 0.0125
240 Н
Та сама рейка через пасову передачу 3:1
240 x 3
720 Н
На гвинті запас сили великий, і NEMA 23 вистачає для осей X, Y і Z невеликих і середніх верстатів. На рейці без редуктора сила 240 Н не покриває розгін порталу, тому NEMA 23 на рейку ставлять тільки через пасову передачу або планетарний редуктор, а для важкого порталу беруть NEMA 34.
Оберти двигуна на подачі
Момент крокового двигуна падає зі зростанням обертів, тому крім сили перевіряють оберти на максимальній подачі. Подача 3000 мм/хв на гвинті з кроком 5 мм це 600 об/хв, на гвинті з кроком 10 мм це 300 об/хв. Гвинт із великим кроком знижує оберти двигуна на тій самій подачі, але і силу на осі дає вдвічі меншу. Для легких осей з високою подачею вигідніший крок 10 мм, для навантаженої осі Z крок 5 мм.
Драйвер і блок живлення для NEMA 23
Драйвер HBS57 живиться постійною напругою 16-70 В, в інструкції типове значення 36 В. Блок живлення на 48 В дає більше моменту на обертах, ніж 36 В, і залишає запас до 70 В на підйом напруги під час гальмування. Блок живлення на 70 В і вище не підходить: під час гальмування напруга на шині піднімається, і драйвер вимикається захистом.
Якщо на верстаті три або чотири осі NEMA 23, їхні драйвери живлять від одного блока живлення окремими проводами до кожного драйвера. Спільні проводи живлення ланцюжком від драйвера до драйвера дають падіння напруги і завади між осями.
Монтаж двигуна з енкодером
Корпус енкодера на задньому торці не використовують як упор і не затискають у кронштейні: всередині стоїть плата з оптичним диском.
За двигуном залишають місце під корпус енкодера і під вигин кабелю з роз’ємом.
Вал з’єднують з гвинтом муфтою без люфту: люфт муфти енкодер не бачить, він стоїть на валу двигуна, а не на гвинті.
Кабель енкодера закріплюють на корпусі верстата поруч із двигуном, щоб роз’єм не ніс навантаження від кабель-каналу.
Кабель енкодера і відстань до шафи
У комплекті NEMA 23 екранований кабель енкодера довжиною 3 м. Якщо шафа керування далі, кабель подовжують екранованим кабелем з витими парами для сигналів EA і EB і перевіряють, що живлення енкодера 5 В на дальньому кінці не просіло. Кабель обмоток подовжують окремо від кабелю енкодера.
Коли NEMA 23 недостатньо
Портал на рейці без редуктора: за розрахунком вище сила на осі 240 Н.
Вісь Z з важким шпинделем на гвинті з великим кроком.
Подача на осі вища, ніж двигун тримає на потрібній силі: момент на обертах нижчий за утримувальний.
Двигун на осі гріється вище, ніж допускає ізоляція обмоток, під час роботи з повним навантаженням.
У цих випадках беруть NEMA 34 з енкодером: момент 4.5, 8.5 або 12 Н·м і драйвер із живленням до 100 В постійного струму.
Часті помилки з NEMA 23 з енкодером
Двигун замінили, а драйвер залишили звичайний кроковий: енкодер не підключений, контур не замкнений.
Кабель енкодера подовжили неекранованим проводом, і драйвер іде в аварію за помилкою положення на подачі.
Двигун закріплений без центрувального пояска, і муфта працює з перекосом.
Блок живлення на верхній межі 70 В, і під час гальмування спрацьовує захист від перенапруги.
