Шаговый двигатель для ЧПУ станка. Какой выбрать?

Для того чтобы определить, какой шаговый двигатель потребуется для вашего ЧПУ станка, важно учитывать требования по крутящему моменту и скорости вращения. Оптимальный шаговый двигатель должен обеспечить нужную величину крутящего момента при высокой скорости. Легко ошибиться, выбрав двигатель слишком большой мощности или, напротив, недостаточной. Это руководство поможет вам найти шаговый двигатель, который наиболее подходит для вашего ЧПУ оборудования.

Как эксперт по ЧПУ и консультант, я часто получаю запросы на рекомендации по выбору шаговых двигателей от людей, которые создают или модернизируют ЧПУ станки.

Мои рекомендации основываются на типах шаговых двигателей, и вот лучшие из них:

  • STEPPERONLINE NEMA 17 Stepper Motor
  • STEPPERONLINE NEMA 23 Stepper Motor
  • TOAUTO Integrated Closed-Loop NEMA 23 Stepper Motor with Driver
  • Hobby-Unlimited NEMA 34 Stepper Motor

Ниже перечислены одни из лучших шаговых двигателей, которые можно найти для использования в ЧПУ системах на 2021 год.

Модель двигателя Максимальный ток Удерживающий момент
1. Шаговый двигатель STEPPERONLINE NEMA 17 84 унции на дюйм
2. Шаговый двигатель Usongshine NEMA 17 1,5А 60 унций на дюйм
3. Шаговый двигатель STEPPERONLINE NEMA 23 2,8А 178,5 унций на дюйм
4. Шаговый двигатель STEPPERONLINE NEMA 23 (3А) 3,0А 269 унций на дюйм
5. Шаговый двигатель NEMA 23 с высоким моментом 4,2А 425 унций на дюйм
6. Шаговый двигатель TOAUTO с замкнутым контуром NEMA 23 3,0А 283 унций на дюйм
7. Набор шагового двигателя RATTM NEMA 23 4,0А 425 унций на дюйм
8. Шаговый двигатель Hobby-Unlimited NEMA 34 6.0А 1200 унций на дюйм

Вот список наиболее подходящих шаговых двигателей для ЧПУ:

Лучшие двигатели NEMA 17

1. STEPPERONLINE NEMA 17 — идеальный двигатель для точных задач.

NEMA 17-2A Stepper Motor for CNC
NEMA 17-2A Stepper Motor for CNC
Максимальный ток
Удерживающий момент 84 унций на дюйм
Совместимые драйверы TB6600 или DM542T (и выше)
Технические характеристики

STEPPERONLINE NEMA 17 — это один из самых востребованных двигателей на рынке. Он обеспечивает высокий удерживающий момент в 84 унции на дюйм, что делает его отличным выбором для настольных ЧПУ станков и 3D-принтеров. Для сравнения, большинство ЧПУ машин 30х18, как например Sainsmart 3018, работают с двигателями с моментом 35 унций на дюйм, а номинальный ток составляет всего 1,3А. Таким образом, данный мотор почти в два раза мощнее.

Этот шаговый двигатель оптимален для небольших фрезерных станков, и ему необходим драйвер с током выше 2А, такие как TB6600 или DM542T. Использование с этим двигателем позволит создать ЧПУ, который будет значительно мощнее и точнее многих бюджетных решений на рынке.

Важно отметить, что для полного раскрытия потенциала двигателя нужно использовать качественный драйвер. Если использовать менее мощные драйверы типа A4988 или DRV8825, двигатель не сможет работать на полную мощность и может перегреться.

Тех, кто хочет узнать, как изменяется крутящий момент двигателя при различных скоростях, может заинтересовать график зависимости момента от скорости NEMA 17.

Шаговый двигатель NEMA 17 обладает шаговым углом 1,8 градуса, с точностью угла до +/- 5%. Его индуктивность составляет 3,0 мГн, что ниже рекомендуемой максимальной индуктивности в 5,0 мГн, что обеспечивает хороший крутящий момент даже на высоких скоростях. Двигатель рассчитан на эксплуатацию при температуре окружающей среды от 10 до 50 °C, с максимальной допустимой температурой до 80 °C.

Большинство пользователей сообщают, что температура двигателя в процессе работы обычно ниже номинальной, даже при токе в 1 А. Отличная теплоотдача этого двигателя помогает предотвратить перегрев, что часто приводит к пропуску шагов. В комплекте с двигателем предоставляется четкая инструкция по подключению четырех проводов, что особенно удобно для новичков.

Если вы нуждаетесь в нескольких двигателях NEMA 17, рекомендую приобрести набор из 5 двигателей, который доступен по оптовой цене.

Преимущества:

  • Высокий крутящий момент среди двигателей NEMA 17.

Недостатки:

  • Необходим драйвер TB6600 или более мощный.

2. Шаговый двигатель Usongshine NEMA 17

Usongshine NEMA 17 1.5A Шаговый двигатель
Usongshine NEMA 17 1.5A Шаговый двигатель
Номинальный ток1,5 А
Удерживающий крутящий момент60 унций на дюйм
Совместимый драйверA4988 или DRV8825 (и выше)
Краткие технические характеристики

Шаговый двигатель Usongshine NEMA 17 с удерживающим моментом 60 унций является прочным биполярным шаговым двигателем. Чтобы запустить этот шаговый двигатель, вам понадобится шаговый драйвер с максимальным номинальным током выше 1,5 А. Самыми популярными из них, отвечающими этому критерию, являются драйверы A4988, DRV8825 и TB6600. Если у вас есть контроллер со встроенными драйверами шагового двигателя, просто убедитесь, что у него есть драйвер A4988 или лучше (с точки зрения ампер). Какой бы шаговый драйвер вы ни выбрали или уже имеете, убедитесь, что ток, протекающий от него к двигателю, должен быть ниже номинального тока шагового двигателя, то есть 1,5 А.

Длина кабеля этого двигателя составляет 1 метр с четырьмя проводами, что является стандартом для биполярных шаговых двигателей в наши дни. Он представляет собой шаговый двигатель с углом наклона 1,8 градуса, что означает, что он будет делать 200 шагов на каждый полный оборот. Точность угла шага этого двигателя составляет +/- 5%, и большинство пользователей сообщают о минимальном количестве пропущенных шагов, если только они не работают постоянно с максимальной силой тока.

Печатные платы в моторном отсеке были модернизированы по сравнению с предыдущими версиями, чтобы обеспечить более плавное движение мотора. Вся поверхность двигателя покрыта эпоксидной смолой, что придает ему более высокую стабильность и низкий уровень шума. Мотор Usongshine, как и его корпус, также отличается высокой стабильностью, равномерной скоростью работы и низким уровнем шума. Медные катушки, используемые в двигателе и роторе из кремнистой стали, равномерно рассеивают тепло. Ротор из кремнистой стали вместе с прорезиненной поверхностью обеспечивает стабильную производительность, низкий уровень шума и более длительный срок службы продукта.

Этот двигатель работает при температуре около 50 °C при нормальной нагрузке и нагревается до 70 °C при максимальном номинальном токе 2А. Производитель не указывает индуктивность этого двигателя, но она низкая, что дает этому двигателю разумный крутящий момент даже при более высоких оборотах. Низкое сопротивление также увеличивает теплопроводность двигателя, обеспечивая как лучшую производительность, так и снижение потерь тепла. В целом, этот шаговый двигатель NEMA 17 — надежный вариант для любого настольного гравера, лазерного гравера или 3D-принтера.

Плюсы:

  • Хорошая совместимость с бюджетными шаговыми драйверами и контроллерами.

Минусы:

  • Более низкий крутящий момент по сравнению с двигателем StepperOnline NEMA 17 на 84 унции.

Лучшие шаговые двигатели NEMA 23

1. STEPPERONLINE NEMA 23 2.8A ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ с ЧПУ

Шаговый двигатель для ЧПУ NEMA 23 2.8A
Шаговый двигатель для ЧПУ NEMA 23 2.8A
Номинальный ток2,8 А
Удерживающий крутящий момент178,5 унций дюйм
Совместимый драйверTB6600 или DM542T (и выше)
Краткие технические характеристики

Шаговый двигатель STEPPERONLINE NEMA 23 в целом является лучшим выбором среди шаговых двигателей NEMA 23, если вы ищете двигатель, уравновешивающий цену и крутящий момент. Биполярный двигатель развивает крутящий момент 178,5 унций на дюйм и имеет фиксированный угол шага 1,8 градуса. Этот шаговый двигатель может выполнять большинство задач, необходимых для DIY-маршрутизатора с ЧПУ, который режет дерево, пластик, алюминий и печатные платы.

В качестве эталона популярный ЧПУ Openbuilds Lead (размер 60 x 60 дюймов) имеет шаговый двигатель NEMA 23 на 175 унций, что очень близко к этому шаговому двигателю. Большинство 7-дюймовых токарных станков и небольших фрезерных станков, таких как настольный Sherline, работают с крутящим моментом 170-280 унций. Он имеет сопротивление 0,9 Ом и рассчитан на ток 2,8 А на фазу.

Корпус размером 57x57x56 мм состоит из смеси стали, меди и алюминия. Это обеспечивает долговечность двигателя, а также меньший вес по сравнению с двигателями NEMA 23 с аналогичным крутящим моментом. Двигатель StepperOnline NEMA 23 весит 1,54 фунта (700 г). Двигатель также может работать со скоростью 1000 об / мин на холостом ходу и в целом обладает высокой эффективностью при резке различных материалов.

Вы можете запустить этот двигатель с помощью драйвера TB6600 или драйвера DM542T. Конечно, вы можете использовать даже лучшие драйверы, если это требуется. Управляющее напряжение, необходимое для работы этого шагового двигателя, составляет 24-48 В, что является стандартным для большинства двигателей NEMA 23. Он имеет 4 подводящих провода и провод длиной 300 мм. Индуктивность этого двигателя составляет 2,5 мГн, что довольно мало, что дает ему высокий крутящий момент даже при высоких оборотах.

ЗА:

  • Легкий (700 г)

2. Шаговый двигатель STEPPERONLINE NEMA 23 3.0A — лучший высокоскоростной шаговый двигатель.

Шаговый двигатель STEPPERONLINE NEMA 23 3.0A - лучший высокоскоростной шаговый двигатель.
Шаговый двигатель STEPPERONLINE NEMA 23 3.0A — лучший высокоскоростной шаговый двигатель.
Номинальный ток3 А
Удерживающий крутящий момент269 ​​унций в дюймах
Совместимый драйверTB6600 или DM542T (и выше)
Краткие технические характеристики

Этот двигатель StepperOnline NEMA 23 имеет тот же размер (форм-фактор), что и двигатель NEMA 23 2,8 А, указанный выше. Тем не менее, он имеет максимальный ток 3 А на фазу и удерживающий момент 269 унций. Это больше, чем 178,5 унций в двигателе 2,8A NEMA 23. Вопрос в том, нужно ли оно вам? Трудно сказать, нужно ли вам это, не зная, с какой скоростью вы хотите, чтобы ваш станок резал.

Скорость движения ЧПУ зависит от скорости подачи и зависит от числа оборотов вашего шагового двигателя. Проблема в том, что крутящий момент, который вы получаете от шагового двигателя, линейно падает при увеличении числа оборотов, чтобы маршрутизатор двигался быстрее. Для этого двигателя NEMA 23 вы по-прежнему получаете около 80% его максимального крутящего момента, то есть около 226 унций на дюйм при 400 об / мин, при работе от источника питания 48 В постоянного тока.

График крутящего момента
График крутящего момента

Если вам требуется более 400 об / мин, и вам нужен крутящий момент более 250 унций даже на этой скорости, я предлагаю вам перейти к следующему двигателю в этом списке с более высоким крутящим моментом. Этот двигатель также имеет более высокое сопротивление (1,12 Ом). Он также может работать с драйвером TB6600 или драйвером шагового двигателя DM542T.

Управляющее напряжение, необходимое для работы этого шагового двигателя, составляет 24-48 В, что является стандартным для большинства двигателей NEMA 23. Этот двигатель также имеет те же 4 вывода, но имеет большую длину вала — 21 мм по сравнению с предыдущим двигателем NEMA 23, который имеет длину 20,6 мм.

ЗА:

  • Обеспечивает более высокий крутящий момент
  • Доступная цена

3. Мощный шаговый двигатель NEMA 23 4.2A — лидер по крутящему моменту

Шаговый двигатель для ЧПУ NEMA 23 4.2A
Шаговый двигатель для ЧПУ NEMA 23 4.2A
Ток4,2 А
Удерживающий крутящий момент425 унций на дюйм
Совместимые драйверыDM542S и выше
Основные характеристики

Этот двигатель можно смело назвать гигантом среди моделей NEMA 23, обладающим одним из самых высоких крутящих моментов среди подобных решений. С током в 4,2 А на фазу и впечатляющим моментом в 425 унций на дюйм, он идеально подходит для работы с ЧПУ, обрабатывающими дерево, пластик, алюминий или печатные платы. Для более сложных задач обработки металлов этот двигатель может не потребовать замены.

Подобные двигатели с высоким крутящим моментом часто применяются в более крупных токарных станках и тяжелых фрезерах, обеспечивая момент в диапазоне 400–600 унций на дюйм. Кривая зависимости момента от скорости вращения у этого двигателя действительно впечатляет.

Кривая зависимости крутящего момента от частоты вращения
График зависимости момента от частоты вращения

На графике видно, что при скорости 360 об/мин двигатель сохраняет момент в 283 унции на дюйм при питании от источника на 36 В, а при использовании источника на 48 В показатели могут быть еще выше. Чтобы полностью раскрыть потенциал этого двигателя, вам понадобится мощный драйвер, такой как DM542S на 5 А или более.

Двигатель имеет 4 вывода и шаг 1,8°. Длина выводов — 40 см, а вес устройства составляет 1,8 кг, что делает его довольно тяжелым по меркам NEMA 23. Питание необходимо в диапазоне 24–48 В постоянного тока, а максимальная рабочая температура составляет 80 °C. Если двигатель перегревается, это может указывать на необходимость обновления драйвера.

Плюсы:

  • Высокий крутящий момент даже при больших оборотах
  • Надежность при длительных нагрузках

Минусы:

  • Тяжелый и требует мощного драйвера для максимальной эффективности

4. Интегрированный шаговый двигатель Nema23 с замкнутым контуром и драйвером TOAUTO – лучший вариант с обратной связью

TOAUTO NEMA 23 Шаговый двигатель с замкнутым контуром
TOAUTO NEMA 23 с замкнутым контуром
Ток3 А
Удерживающий крутящий момент283 унции на дюйм
Совместимые драйверыВстроенный драйвер
Основные характеристики

Шаговый двигатель TOAUTO NEMA 23 с замкнутым контуром — идеальный выбор для тех, кому требуется надежная система обратной связи, в отличие от стандартных двигателей с разомкнутым контуром. Он обладает удерживающим моментом в 283 унций на дюйм и поставляется в комплекте с драйвером на 36 В и 5 А, что исключает необходимость в поиске совместимого драйвера. В отличие от двигателей с разомкнутым контуром, данный двигатель с замкнутым контуром обеспечивает постоянную обратную связь контроллеру, устраняя проблемы с потерей шагов.

Основным преимуществом шагового двигателя с замкнутым контуром является его способность предоставлять данные контроллеру, подобно сервоприводу, но за значительно меньшую цену. Двигатели с разомкнутым контуром могут пропускать шаги при перегреве или работе на высоком токе. Двигатель с замкнутым контуром предупреждает о проблемах с шагами и останавливается для предотвращения порчи заготовки, что делает его идеальным для ответственных задач, где важна точность.

Двигатели с замкнутым контуром также работают на более низких температурах, так как система подает лишь необходимое количество тока, основываясь на реальной нагрузке. В режиме ожидания двигатель практически не нагревается, что выгодно отличает его от моделей с разомкнутым контуром, которые нагреваются больше всего именно при остановке.

Система отслеживания положения в реальном времени обеспечивает быструю реакцию на старт и стоп, а также стабильность работы на нулевых оборотах. Благодаря технологии позиционного контроля двигатель никогда не теряет синхронизацию, что достигается установкой датчика за двигателем. Кодировщик и фильтры устраняют проблемы с резонансом, обеспечивая плавную работу на низких скоростях, а также снижают уровень шума и вибрации.

Гибридная система сервопривода увеличивает скорость работы на 30% и крутящий момент на 70%. Это делает двигатель мощным и производительным на высоких скоростях, а также позволяет работать по принципу «plug-and-play», исключая необходимость дополнительной настройки.

Плюсы:

  • Отличная синхронизация и стабильность благодаря технологии отслеживания местоположения
  • Поставляется с драйвером в комплекте
  • Низкий уровень нагрева

Минусы:

  • Вал двигателя имеет диаметр 0,327 дюйма, что ближе к NEMA 24, чем к NEMA 23
  • Цена выше по сравнению с другими двигателями NEMA 23

5. Комплект шагового двигателя NEMA 23

Комплект шагового двигателя NEMA 23
Комплект шагового двигателя NEMA 23
Номинальный ток2,8-4 А
Удерживающий крутящий момент200 — 425 унций дюйм
Совместимый драйверFMD2740C (и выше)
Краткие технические характеристики

Если вам нужны шаговые двигатели для вашего ЧПУ и вы не хотите беспокоиться о поиске совместимых шаговых драйверов и источника питания, тогда этот комплект для вас. Этот комплект включает 4 мощных шаговых двигателя NEMA 23, драйвер шагового двигателя FMD2740C или аналог, контроллер, источник питания и коммутационную плату. Шаговый двигатель NEMA 23 обеспечивает удерживающий момент 425 унций на дюйм с точностью шага 5%. Параметры сопротивления и индуктивности гарантируют точность позиционирования на шаг 1,8 градуса.

Импульсный источник питания мощностью 400 Вт производит 36 В/9,7 А и поддерживает входное напряжение 100–120 В или 200–240 В переменного тока. USB коммутационная плата ЧПУ позволяет легко подключать и управлять шаговым двигателем через компьютер.

Плюсы:

  • Комплект «все в одном» – не нужно искать дополнительные совместимые компоненты

Лучшие шаговые двигатели NEMA 34

1. Hobby-Unlimited Шаговый двигатель NEMA 34

Шаговый двигатель NEMA 34
Шаговый двигатель NEMA 34
Номинальный ток6 А
Удерживающий крутящий момент1200 унций дюйм
Совместимый драйверDM860T (и выше)
Краткие технические характеристики

Этот шаговый двигатель NEMA 34 имеет удерживающий момент 1200 унций на дюйм и рассчитан на ток до 6 А. Это мощное решение для оси Z тяжелых фрезерных станков. При правильной настройке этот двигатель способен выдерживать нагрузки до 75 фунтов, что делает его отличным выбором для профессиональной работы с ЧПУ.

Для полноценной работы с этим двигателем вам понадобятся крепления большего размера и более мощная механическая система. Убедитесь, что ваша установка достаточно прочная, чтобы справиться с высоким крутящим моментом и избежать повреждений.

Driver DM860T отлично подходит для двигателей NEMA 34, обеспечивая рабочий ток от 2,4 до 7,2 А и мощность 36–110 В постоянного тока. Этот шаговый двигатель с 14-миллиметровым валом и углом шага 1,8 градуса отличается точностью и долговечностью.

Плюсы:

  • Высокий крутящий момент
  • Прочный корпус с длительным сроком службы

Минусы:

  • Тяжелый — 3,6 кг

На что следует обратить внимание перед выбором шагового двигателя для ЧПУ

  • Размер NEMA: С увеличением размера растет и крутящий момент. Проверьте технические характеристики.
  • Мощность: Избегайте покупки двигателя с избыточной мощностью для вашего проекта.
  • Крутящий момент и частота вращения: По мере увеличения скорости крутящий момент падает.
  • Индуктивность: Лучше выбрать двигатели с индуктивностью ниже 5 мГн для более высокой скорости.
  • Нагрев: Чем больше ток, тем выше нагрев. Охлаждение необходимо.
  • Мощность: Рассчитайте общую потребляемую мощность, учитывая ток и напряжение.

Часто задаваемые вопросы

Какой размер шагового двигателя лучше выбрать для фрезерного станка с ЧПУ?

Для фрезерных станков с ЧПУ наиболее подходящими являются шаговые двигатели NEMA 17, NEMA 23 и NEMA 34, которые обеспечивают удерживающий момент в пределах от 30 унций (для NEMA 17) до 1000 унций (для NEMA 34).

  • Шаговые двигатели NEMA 17 оптимальны для небольших настольных фрезерных станков и гравировальных станков с ЧПУ.
  • Шаговые двигатели NEMA 23 чаще всего применяются в любительских фрезерных станках с ЧПУ.
  • Шаговые двигатели NEMA 34 предназначены для промышленных фрезерных станков с ЧПУ и мощных настольных ЧПУ.

Размер, указанный в номере NEMA, обозначает габариты корпуса шагового двигателя и не отражает напрямую его механические характеристики.

Сервопривод или шаговый двигатель: что лучше?

Сервоприводы обеспечивают высокую точность и значительный крутящий момент на высоких скоростях, но они сложнее в настройке, работают в замкнутом контуре и стоят дороже шаговых двигателей. В отличие от них, шаговые двигатели имеют разомкнутый контур и являются более экономичным решением. Они идеально подходят для любительского и непрофессионального использования.

Каков срок службы шаговых двигателей?

Шаговые двигатели обычно служат около 5 лет. Они проходят испытания на работу в течение 10 000 часов, и при типичном использовании их срок службы может достигать 5 лет.

Какие недостатки у шаговых двигателей?

Основной недостаток шаговых двигателей заключается в том, что их крутящий момент быстро уменьшается при увеличении скорости вращения, что может ограничить их применение в задачах, требующих высокой скорости работы.

Вам может также понравиться...

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


Срок проверки reCAPTCHA истек. Перезагрузите страницу.