Тест драйв ЧПУ драйверов TB6560

Немного теории

На заре развития оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ), под системой ЧПУ (СЧПУ) понимали
электронный комплекс оборудования, довольно габаритный из-за больших размеров современной элементной базы.
Управляющие программы (УП) вводились в оперативную память СЧПУ при помощи перфорированных карт, затем
перфорированной ленты, затем при помощи магнитной ленты, или «вручную» с пульта оператора. Оперативная память СЧПУ
того времени была небольшой (около 64 Кб) что в среднем позволяло разместить в ней программы на 2-3тысячи кадров.
Это очень мало, особенно для 3 и более координатных систем, обработки рельефа. Поэтому большое значение придавалось
оптимизации программы, применению дуговых интерполяций и подпрограмм. В то время вычислительная мощность
компьютерной техники была довольно скромной и программые пакеты автоматизированной подготовки УП (CAMы) были
доступны только крупным производственным предприятиям. Остальные писали УП «вручную», вычисляя координаты точек
траектории инструмента с помощью логарифмических линеек или калькуляторов.
По мере развития компьютерной техники и миниатюризации полупроводниковых элементов, Функции подготовки и ввода
УП в оперативную память СЧПУ стали брать на себя промышленные компьютеры, а габариты СЧПУ уменьшились до размеров
сравнимых с размерами бытовой техники.

В классическом понимании, в СЧПУ реализована схема управления следящим приводом, при котором сама координатная
система состоит из:
-приводных двигателей (синхронные, асинхронные, вентильные, постоянного тока, линейные), которые осуществляют
позиционирование рабочего органа станка;
-датчиков обратной связи (линейных-показания реального положения рабочего органа, круговых-показания угла
поворота ротора двигателя).
-системы согласования.
При этом управление приводом в упрощенном виде осуществляется так: СЧПУ извлекает кадр управляющей программы
из оперативной памяти, преобразует его в команды приводу, привод осуществляет требуемое перемещение, и параллельно
этому идет контроль отработки по датчикам обратной связи и коррекция управляющего сигнала на двигатели в
зависимости от того, насколько отличается реальное положение рабочего органа от требуемого.

Однако с появлением шаговых двигателей (ШД), стали появляться СЧПУ, предназначенные для управления приводом
на базе ШД, при этом значительно изменились способы управления, что связано с принципом работы ШД. Дело в том,
что ШД имеет некоторое количество фиксированных положений (шагов) ротора (наиболее часто 200) на оборот. Используя
специальные электронные устойства — драйвера шагового двигателя (ДШД) можно получить поворот ротора на один шаг
(1.8 градуса) за один управляющий импульс. Современные ДШД позволяют дробить физический шаг на различное (до 256)
количество аппаратных микрошагов, повышая таким образом дискретность ШД или в переводе на линейные перемешения
рабочего органа — уменшая минимальное программируемое перемещение.
Управление приводом в упрощенном виде осуществляется так: СЧПУ извлекает кадр управляющей программы из
оперативной памяти, преобразует его в количество шагов ШД, при этом не контролируется положение рабочего органа
станка, а просто ведется подсчет импульсов ШД, косвенно получая при этом реальное положение рабочего органа.
Поскольку эти два привода являются в какой-то мере конкурирующими, нелишним будет привести их сравнительную
характеристику. Данная характеристика взята с сайта Одесской станкостроительной компании “ИнСтанкоСервис”.
Поскольку компания на рынке более 15лет, информация, по моему мнению заслуживает внимания.
Надежность

Шаговый двигатель:
Шаговые двигатели отличаются высокой надежностью, так как в их конструкции отсутствуют изнашивающиеся
детали. Рабочий ресурс двигателя зависит только от ресурса примененных в нем подшипников. Неоспоримым
доказательством высокой надежности шаговых двигателей является тот факт, что при конструировании
приводов необслуживаемых космических аппаратов, в большинстве случаев отдают предпочтение шаговым
двигателям.
Серводвигатель:
Большинство современных бесколлекторных сервоприводов от известных производителей (Mitsubishi, Siemens,
Omron …) отличаются высокой надежностью, порой сравнимой с надежностью шаговых двигателей, даже не смотря
на значительно более сложное устройство сервопривода. Имеются более простые модели сервоприводов — коллекторной конструкции (со щетками). Применение коллекторного узла естественно снижает надежность
сервоприводов данного типа. Но их пониженная надежность и необходимость периодического обслуживания
в полной мере компенсируется более низкой стоимостью.
Эффект потери шагов

Шаговый двигатель:
Всем шаговым двигателям присуще свойство потери шагов. Данный эффект проявляется в некотором
неконтролируемом смещении траектории перемещения инструмента, от необходимой траектории. При изготовлении
простых деталей, имеющих малую длину траектории перемещения инструмента и при невысоких требованиях к
изделию, в большинстве случаем данным эффектом можно пренебречь. Но при обработке сложных изделий
(пресс-формы, резьба и т.п.) где длина траектории может достигать километров! данный эффект в большинстве
случаев будет приводить к неисправимому браку.
Данный эффект проявляется при выходе за допустимые характеристики двигателя, при неправильном
управлении двигателем, а также при «проблемах» с механикой. Применение современных технологий управления
шаговыми двигателями, с применением современной электроники, позволяет полностью устранить данный эффект.
Серводвигатель:
Эффект потери шагов у сервоприводов полностью отсутствует. Потому, что в каждом сервоприводе имеется
датчик положения (энкодер), который постоянно отслеживает положение ротора двигателя и при необходимости
выдает команды коррекции положения, на основании которых управляющая электроника, проанализировав данные,
полученные с энкодера, вырабатывает необходимые сигналы управления на двигатель. Данный механизм
называется обратной связью.
Скорость перемещения
Шаговый двигатель:
При использовании шаговых двигателей в приводах подач станков с ЧПУ можно добиться скорости 150-300 мм/сек
(бывает и больше, но это уже «экзотика»). При максимальных скоростях и при превышении допустимой нагрузки
возможно проявление эффекта потери шагов.
Серводвигатель:
Приводы подач станков с ЧПУ на основе серводвигателей позволяют достигать высоких скоростей. Скорость
холостого перемещения 0.5-1 м/c является нормальным явлением для сервоприводов.
Динамическая точность
Шаговый двигатель:
Динамическая точность является определяющей характеристикой при обработке сложно-контурных изделий
(пресс-формы, резьба и т.п.). Шаговые двигатели отличаются высокой динамической точностью, которая
является следствием принципов работы шагового двигателя. Обычно, на хорошей механике, рассогласование
не превышает 20мкм (1 мкм = 0.001 мм)
Серводвигатель:
Высококачественные сервоприводы имеют высокую динамическую точность до 1-2мкм и выше! (1 мкм = 0.001 мм).
Для получения высокой динамической точности необходимо применять сервоприводы, предназначенные для
контурного управления, которые точно отрабатывают заданную траекторию. Также существуют сервоприводы
для позиционного управления. Приводы данного типа не предназначены для точной отработки траектории,
от них требуется только точное попадание в конечную точку. Поэтому применение в станках с ЧПУ
сервоприводов данного типа приводит к большим динамическим погрешностям. В таком случае погрешность
воспроизведения заданного контура может достигать 0.3-1 мм, что приводит к эффекту «поклёванности»
обработанной поверхности и искажению его формы. Более низкое качество обработки при применении позиционных
сервоприводов в некоторых случаях компенсируется их более низкой стоимостью.
Стоимость
Шаговый двигатель:
В шаговых двигателях применяются дорогостоящие редкоземельные магниты, а также, ротор и статор
изготавливаются с прецизионной точностью, и поэтому по сравнению с общепромышленными электродвигателями
шаговые двигатели имеют более высокую стоимость.
Серводвигатель:
Применение дорогостоящего датчика положения ротора, а также применение достаточно сложного блока
управления обуславливает значительно более высокую стоимость, чем у шагового двигателя.
Ремонтопригодность
Шаговый двигатель:
У шагового двигателя может выйти из строя только обмотка статора, а её замену может произвести только
производитель двигателя, так как если двигатель даже только разобрать-собрать он уже не будет работать!
Потому, что при разборке двигателя происходит разрыв магнитных цепей внутри двигателя и по этому
происходит размагничивание магнитов. Поэтому после сборки двигателя требуется намагничивание внутренних
магнитов на специальной установке.
Серводвигатель:
Поврежденный серводвигатель в большинстве случаев проще заменить, чем ремонтировать. Ремонту в основном
подвергают только мощные двигатели, имеющие весьма высокую стоимость.
Столкновение с препятствием
Шаговый двигатель:
Столкновение подвижных узлов станка с препятствием, в результате которого происходит остановка шагового
двигателя, не взывает у него каких-либо повреждений.
Серводвигатель:
В станке на базе сервоприводов, при столкновении подвижных узлов с препятствием, управляющая электроника
определяет, что произошло повышение нагрузки и для компенсации повышенной нагрузки повышает уровень тока,
подаваемый на двигатель. При полной принудительной остановке на серводвигатель подается максимальный ток.
Поэтому, если управляющая электроника не отслеживает подобную ситуацию, то возможно сгорание двигателя.
Преимущества
Шаговый двигатель:
· Высокая надежность
· Низкие требования к обслуживанию и к обслуживающему персоналу
· Относительно низкая цена
· Высокая динамическая точность
Серводвигатель:
· Высокие динамические характеристики
· Отсутствие эффекта потери шагов
· Высокая перегрузочная способность
Недостатки
Шаговый двигатель:
· Падение крутящего момента на высокой скорости
· Низкая ремонтопригодность
· Возможность эффекта потери шагов
Серводвигатель:
· Высокая цена
· Более сложное устройство
· Повышенные требования к обслуживающему персоналу
· Низкая ремонтопригодность
· Требуется более бережное отношение к двигателю