[CNC] Frässpindel

[Armin Faltl]

Hi,

peinlicher weise bin ich Maschinenbauer und mir trotzdem nicht ganz sicher:
Ohne Berücksichtigung der Reibung:

Fa... Axialkraft
Ft... Tangentialkraft
r.... Wirkradius des Gewindes
P... Steigung

D = 2*r

Fa = Ft*Pi*D/P

Ft = M/r = 2M/D

Fa = 2Pi*M/P

EMC2 kann Getriebe- und Spindelspiele berücksichtigen, aber nur für 
nicht-vorgespannte
Systeme. Da die Steuerung keine Information darüber hat ob die 
Reaktionskraft beim
Schneidvorgang größer oder kleiner als das Gewicht des Spindelschlittens 
ist, kann sie
auch nicht wissen, an welcher Seite des Totgangs das Gewinde anliegt. 
Die beste Möglichkeit
dem zu entkommen ist ein vorgespannter Kugelgewindetrieb.

Zu den Motortreibern: die volle Spannung wird nur bei schnellen 
Schaltvorgängen benötigt,
wenn die Induktivität der Motorwicklung überwunden werden muss. Im 
Haltebetrieb liefert
ein strombegrenzter Treiber eben genau diesen Strom und die dazu 
erforderliche Spannung
stellt sich nach dem Ohmschen Gesetz und dem ohmschen Widerstand der 
Wicklung ein:

U = R*I = 0.9*3 = 2.7V    <-- PWM-Durchschnittsspannung

Die Verlustleistung im Motor ist also P = U*I = 2.7*3 = 8.1W

Der Treiber selbst macht das nahezu sicher über PWM. Bei idealen 
MOS-FETs entsteht
gar keine Verlustleistung. In der Realität hängt es vom Widerstand R_on 
der Transistoren,
den Schaltverlusten und der Schaltfrequenz ab, die den Datenblättern zu 
entnehmen wären.

Um Linearregler sicher auszuschließen reicht ein "Blick mit dem Oszi" 
auf die Motorspannung
- wahrscheinlich schneller als die Ausgangs-Transistoren und dann 
Datenblätter suchen.
Das Haltemoment hat übrigens mit der Last (fast) nichts zu tun. Eine 
Laständerung wirkt
sich bei Schrittmotoren "nur" auf den Fehlerwinkel aus - bei einer 
halben Zahnteilung Fehler
wird das Haltemoment erreicht und es tritt Schrittverlust auf.
Es besteht also keine direkte Rückwirkung der Last auf den Motortreiber.

LG, Armin


On 2012-07-23 08:57, Wilhelm R. Stanzl wrote:
> Hallo Hobbes & Zeljko,
>
> Die Spindel ging um EUR 416,00 weg, er hat aber noch mehrere und die 
> nächste ist wieder eingestellt.
> http://www.ebay.at/itm/ws/eBayISAPI.dll?ViewItem&item=140806659378
>
> Ich bin kein Maschinenbauer, aber lass mich einmal versuchen:
>
>   Fs = M/P
>
> M = Drehmoment
> P = Steigung des Gewindes
> Fs = Schraubenkraft
>
> unser Z-Stepper Motor hat ein Haltemoment von M = 168 N x cm = 1680 N x mm
> die Steigung der Spindel ist P = 6 mm
>
>   Fs = 1680 [N x mm] / 6 [mm] = 280 [N]
>
> Bitte prüft das jemand nach, habe ich mich nicht vertan...
>
> Entspricht also ca 28 Kg Gesamtmasse, die der Stepper über die 
> Spindel heben (eigentlich nur halten) kann.
> Ohne Reibungsverluste etc
>
> Demnach geht sich ein Fräsmotor mit 5kg Masse - rein Drehmomentmäßig - 
> aus.
> Wir haben dann aber auch eine kleinere x/y Beschleuniging wegen der 
> höheren Masse.
>
> Aber wie ist das eigentlich dann mit der Auflagekraft des Fräsers, ich 
> bekomme da ja dann 50N sozusagen beaufschlagt;
> für kleinere Kräfte müsste dann die Fräse an der Z-Achse "hängen", vom 
> Stepper Motor gehalten.
> Ist das im EMC2 vorgesehen? Oder mache ich mir da nur unnötig Gedanken?
>
> Ich bin auch kein Elektroniker, aber dass die Z-Treiberstufe (und die 
> anderen eigentlich genauso) unter solchen Bedingungen ordentlich 
> gekühlt werden muss, ist jetzt schon klar.
> Im Haltezustand, also kein induktiver Widerstand, nur der ohmsche 
> Widerstand der Motorwicklung wirksam:
> (Betriebsspannung - Spannungsabfall am Motor) * Nennstrom = (24 [V] - 
> 0.9 [Ohm] * 3 [A]) * 3 [A] = 63.9 [W] Wärmeleistung abzuführen.
>
> Bei Microstepping sogar noch mehr, weil beide Motorwicklungen 
> eingeschaltet sind.
> Es fällt praktisch die gesamte Betriebsspannung am Treiber ab, ausser 
> er macht PWM/Bursting (aber tut er das, das muss ich noch prüfen).
> Gut, wir haben ja satte Kühlkörper auf den Treibern...
>
> - Phobos
>
>
>
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-- 
Mit freundlichen Grüßen,

Armin Faltl

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Dipl. Ing. Armin Faltl
Mechatroniker für Maschinen- u. Fertigungstechnik & Schlosserei
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