+7 (916) 968-7689
info@cnc-design.ru
ПН-ПТ: с 10:00 до 19:00

Расчет точности позиционирования привода

      В настройках контроллера  Grbl необходимо указать параметры $100, $101 и $102 Разрешение для каждой  из осей в шагах/мм или другими словами сколько шагов должен выполнить двигатель, чтобы достичь переместить груз на 1 мм (обратите внимание, это число не обязательно должно быть целое). Если мы дадим команду станку переместиться на 100 мм в нужном нам направлении, нам нужно, чтобы перемещение было точно 100 мм.
     Как мы можем рассчитать эти значения? Ничего сложного, но необходимо разобраться в некоторых основах шагового двигателя. 

Микрошаг.

     Наиболее распространенное разрешение для шаговых двигателей — 200 шагов на оборот (или 1,8 градуса на шаг). Мы будем использовать это разрешение во всех примерах нашей статьи. Точную информацию необходимо выяснять в описании к вашему шаговому двигателю. Зачастую 200 шагов на оборот могут быть недостаточными для достижения точности, необходимой для реализации задуманных идей. С целью повышения точности можно изменить характеристики передачи, а можно включить в контроллере микрошаг - режим деления шага шагового двигателя, это увеличит число шагов на оборот, с коэффициентом 2n (n — целое число). Микрошаг до 16 раз (то есть в 16 раз больше полного шага) в нашем примере даст 3200 (200х16) шагов на оборот) является обычным явлением, можно найти шаговые драйвера с 256-кратным микрошагом.

     При всем великолепии есть один важный недостаток при микрошаге, о которой необходимо помнить, удерживающий момент резко уменьшается с увеличением коэффициента дробления. Таким образом, микрошаг является опасным обоюдоострым мечом, с которым следует обращаться с большой осторожностью.

Передача винт-гайка

     Передача винт-гайка, либо ее более продвинутый вариант шарико-винтовая передача ШВП), являются наиболее часто используемым вариантом перевода вращательного движения вала шагового двигателя в линейное перемещение исполнительного механизма. Для рассчета разрешения нам необходимо знать ШАГ трапецидального винта, либо шаг винта ШВП. В описании трапецидальных винтов обычно пишут Tr8x8,  Tr10x2, первая цифра говорит нам о диаметр винта, вторая как раз о его шаге в мм. Винты ШВП обычно обозначаются 1204, 1605 и т.п. Первые 2 цифры это диаметр винта, вторые 2 это шаг в мм. В 3d-принтерах обычно используют винт Tr8x8, диаметром 8 мм и с шагом 8 мм.

Формула для расчета получается достаточно простой, в числителе количество шагов на оборот, в знаменателе перемещение за оборот.

Тлп = Sшд*Fшд/Pв

где:

Тп - точность перемещения, шаг/мм

Sшд — количество шагов на оборот для двигателя (в наших примерах 200)
Fшд — микрошаг (1, 2, 4, 8 и т. д.)
Pр — шаг винта (например, 8 мм)

     Попробуем посчитать для примера с такими параметрами, двигатель 200 шагов на оборот, с 4-кратным микрошагом, с трапецидальным винтом Tr8x8 даст нам 100 шагов на мм, то есть разрешение 0,01 мм.

200*4/8=100 шагов/мм

Ременная передача

      Во многих наших станках мы использовали ремни и шкивы для их приведения в действие. Эти ремни и шкивы бывают разных форм и размеров, но одним из стандартов, к которому мы привыкли, является стандарт GT2. 

Следующие уравнения работают и с цепями вместо ремней, если вы введете правильный шаг. Обратите внимание, что эти уравнения не учитывают люфт.

Линейное движение

Вот простое уравнение, которое вы можете использовать для расчета шагов на мм для линейного движения с ремнями и шкивами.

Тлп = Sшд*Fшд/Pр*Nшк

где:

Тлп - точность линейного перемещения, шаг/мм

Sшд — количество шагов на оборот для двигателя (в наших примерах 200)
Fшд — микрошаг (1, 2, 4, 8 и т. д.)
Pр — шаг ремня (например, 2 мм)
Nшк — количество зубьев на шкиве на валу двигателя.

    Попробуем посчитать для примера с такими параметрами, двигатель 200 шагов на оборот, с 2-кратным микрошагом, 2-миллиметровыми ремнями GT2 и шкивом с 20 зубцами даст нам 10 шагов на мм, то есть разрешение 0,1 мм.

200*2/2*20=0.1 мм

     Типичным примером для использования этого уравнения может быть портал, перемещающийся линейно вдоль оси. Один конец ремня (открытый) прикреплен к порталу и проходит вокруг шкива двигателя, затем вокруг холостого шкива на противоположной стороне оси, прежде чем другой конец также будет прикреплен к тележке (эта схема используется в этом проекте).

Калибровка

     Чтобы подтвердить правильность калибровки или сделать ее более точной, необходимо выполнить простой, но эффективный процесс, попросите машину переместиться на определенное расстояние (не слишком короткое). Измерьте пройденное расстояние и сравните его с предполагаемым расстоянием перемещения. Если они идентичны все ок, если нет, настройте параметры шага/мм с отношением, равным погрешности.