Prima CNC

[hellfire39]

Sarà che sono abituato ai brushless, ma, di solito, a me capita l'opposto: riduzione per avere più coppia e meno velocità.

[andrea97]

Bella, dai ci sei quasi.
Una domanda: perchè sull'asse Y hai messo la puleggia piccola sul motore e quella grande sulla vite? Di solito si fa il contrario in modo che a parità di velocità di rotazione del motore (+ velocità = - coppia erogata) raddoppi la velocità della vite.

Siccome le corse non sono esagerate e quindi la bassa velocità non è un problema ho preferito raddoppiare la coppia erogabile dal motore nel caso non bastasse. L'idea è stata copiata pari pari dalla cnc di Zebrauno che ho trovato parecchio interessante.
Se poi magari mi accorgo che è troppo lenta e che comunque la coppia è sufficiente compro delle cinghie più corte e metto una riduzione 1:1.

[arm]

Scusa, ma se metti la puleggia piccola sul motore a parità di velocità di movimento dell'asse, il motore deve girare più veloce e la coppia la perde.
Se non sbaglio Zebrauno aveva dei servo, che nel caso avrebbe senso

[andrea97]

Lo so che Zebrauno aveva dei servomotori, semplicemente non essendo sicuro che la coppia dei miei motori fosse sufficiente ho preferito ridurre a scapito della velocità, se va più lenta non mi interessa, l'importante è che porti a termine il lavoro. Se la velocità non dovesse essere sufficiente compro delle altre pulegge e faccio il cambio, però ecco, queste sono tutte supposizioni, dopo che l'avrò provata potrò decidere di conseguenza.

[arm]

Scusa se insisto, ma se il tuo fine è quello di far lavorare i motori alla massima coppia, stai facendo il contrario. Se metti la puleggia più piccola sul motore, lo stai facendo girare più veloce

Ti faccio un esempio prendendo un diagramma a caso di un nema 23: mettiamo che hai viti passo 5. Come vedi più gira veloce più perde coppia in maniera esponenziale. Consideriamo, per comodità di calcolo, che la massima coppia la eroghi fino a 300 giri/min e che lepulegge siano una il doppio dell'altra

. motore e vite in presa diretta: 300x5= velocità 1500 mm/min

. puleggia piccola motore/puleggia grande vite= velocità 750 mm/min;

- puleggia grande motore/ puleggia piccola vite= velocità 3000 mm/min

quindi come vedi in base a come metti le pulegge la velocità che ti puoi permettere alla massima coppia diventa 4 volte maggiore.

Ragionando al contrario, ovvero decidi che la lavorazione che vuoi fare devi mantenerti su 1500 mm/min, con la tua configurazione, il motore deve girare a 600 rpm/min e, guardando il grafico, hai già dimezzato la coppia.

Non è un problema solo di velocità bassa o alta, ma anche di accelerazioni nei rapidi, ovvero quando la fresa si alza e si sposta in un'altra area, fase in cui c'è la possibilità che il motori stalli (perda passi), anche di poco, e poi perdi la testa a capire dove sia il problema

[hellfire39]

Attenzione!
Qui c'è un fraintendimento grosso come una casa. Ci sono due aspetti da tenere in considerazione:
- la curva di coppia del motore
- la trasformazione di coppia/velocità dovuta al rapporto di riduzione

Partiamo dal riduttore: il riduttore scambia coppia con velocità. Se tu metti la puleggia piccola al motore e quella grande al carico (la vite), otterrai una riduzione di velocità. Ma otterrai un corrispondente (*) aumento di coppia. Se hai un rapporto di riduzione 4:1 andrai 4 volte più piano, ma avrai 4 volte la coppia fornita dal motore.

Se fai il contrario, come dici tu, con un rapporto di riduzione 1:4, il carico andrà 4 volte più veloce ma avrà una coppia 4 volte inferiore, quindi se hai un motore da 1Nm, alla vite trasferirai solamente 0,25Nm.

Ecco perché, nel settore industriale, dove si utilizzano motori brushless, per i quali puoi considerare la curva di coppia costante fino al punto di massima potenza, si utilizzano sempre riduttori, non moltiplicatori.

Per gli stepper il tuo ragionamento sta in piedi solamente se prendi dei motori fortemente sovradimensionati, in modo da compensare la perdita di coppia dovuta alla moltiplicazione. Ancora più importante se parliamo dell'asse Z, dove il riduttore aiuta a contrastare la gravità, quando l'asse è spento.

Tieni conto che, se vuoi andare veloce, beh, con gli stepper hai sbagliato scelta. Gli stepper sono e rimangono una scelta amatoriale, con i loro limiti ed il loro costo basso, sia come prezzo che come facilità di utilizzo.




(*) a meno delle perdite dovute all'efficienza

[arm]

Si è tutto chiaro. Qquindi per capire, se puleggia piccola motore e doppia sulla vite (guardando il mio grafico) a 600 rpm trasferisce alla vite una coppia di 2 Nm.
Io sinceramente sugli stepper ho sempre visto puleggia grande sul motore

[hellfire39]

Guarda, dipende tutto da cosa si vuole ottenere.
L'importante è avere bene a mente cosa succede quando si mette una riduzione o una moltiplicazione.

Almeno la scelta viene fatta in modo consapevole e non per sentito dire.

[arm]

Hai ragione di prestare attenzione al sentito dire anche se le mie scelte, non essendo un progettista, l'ho sempre basate su quello che hanno fatto gli altri spulciando siti che vendono cnc e video/forum di altri professionisti e hobbisti che se le sono costruite valutando come lavoravano le loro, e fin'ora tutto sommato mi sono trovato bene, o meglio ho sempre raggiunto gli obbiettivi che volevo.

[andrea97]

Attenzione!
Qui c'è un fraintendimento grosso come una casa. Ci sono due aspetti da tenere in considerazione:
- la curva di coppia del motore
- la trasformazione di coppia/velocità dovuta al rapporto di riduzione

Partiamo dal riduttore: il riduttore scambia coppia con velocità. Se tu metti la puleggia piccola al motore e quella grande al carico (la vite), otterrai una riduzione di velocità. Ma otterrai un corrispondente (*) aumento di coppia. Se hai un rapporto di riduzione 4:1 andrai 4 volte più piano, ma avrai 4 volte la coppia fornita dal motore.

Se fai il contrario, come dici tu, con un rapporto di riduzione 1:4, il carico andrà 4 volte più veloce ma avrà una coppia 4 volte inferiore, quindi se hai un motore da 1Nm, alla vite trasferirai solamente 0,25Nm.

Ecco perché, nel settore industriale, dove si utilizzano motori brushless, per i quali puoi considerare la curva di coppia costante fino al punto di massima potenza, si utilizzano sempre riduttori, non moltiplicatori.

Per gli stepper il tuo ragionamento sta in piedi solamente se prendi dei motori fortemente sovradimensionati, in modo da compensare la perdita di coppia dovuta alla moltiplicazione. Ancora più importante se parliamo dell'asse Z, dove il riduttore aiuta a contrastare la gravità, quando l'asse è spento.

Tieni conto che, se vuoi andare veloce, beh, con gli stepper hai sbagliato scelta. Gli stepper sono e rimangono una scelta amatoriale, con i loro limiti ed il loro costo basso, sia come prezzo che come facilità di utilizzo.




(*) a meno delle perdite dovute all'efficienza

Il ragionamento che ho fatto è essenzialmente questo.
Non escludo di passare ai servo che oramai costano poco dato che con 80€ si porta a casa un motore da 180W completo di azionamento.

[arm]

Tieni conto che, se vuoi andare veloce, beh, con gli stepper hai sbagliato scelta.

Questo non è del tutto vero, è bene precisare per chi magari è alle prime armi.

Con il giusto compromesso tra motore, passo vite, alimentatori e quant'altro si possono raggiungere velocità di tutto rispetto, anche se "velocità" è del tutto soggettiva e comunque relativa all'area di lavoro, al materiale da lavorare (su legno per esempio non puoi andare piano altrimenti bruci frese e materiale), alle frese, alla tipologia dell''elettromandrino, e soprattutto alla struttura che deve contrastare accelerazioni, decelerazioni e cambi di direzione.

[hellfire39]

Visto la rapidità con cui la coppia cola a picco con l'aumentare del numero di giri, lo stepper è un motore che nasce per girare piano.
Ci possono essere casi eccezionali in cui puoi spingere un pochino, ma sono, appunto, casi eccezionali.

D'altr parte se uno vuole essere preciso, si fa i calcoli e si fa una idea precisa di cosa gli serve.
Ma, a livello spannometrico, la regola è più che valida.

[arm]

Certamente, non volevo contraddire quanto hai affermato; volevo solo precisare che anche con degli stepper puoi raggiungere velocità di diversi mt/min senza problemi. Poi, come dicevo, si deve vedere se la struttura li regge.
Dal mio punto di vista, su macchinette amatoriali, mettere dei brushless diventa più un vezzo che una reale necessità.

[andrea97]

[...]

[...]

[...]

La scelta dei motori è stata obbligata perchè sono quelli che avevo comprato diversi anni fa quando ho fatto il primo tentativo di costruire una fresa (una roba indecente di truciolare e legnaccio e che quasi mi vergogno a descrivere ) e quindi avendoli in casa e praticamente nuovi, avranno lavorato al massimo due ore, ho deciso di usarli. Se avessi dovuto comprare tutto da zero sicuramente mi sarei orientato decisamente verso altre soluzioni tipo i servo che oramai costano poco, anche in virtù della scelta della riduzione 2:1 che sarebbe stata sfruttata in modo più efficiente data la possibilità dei servo di girare ad elevati rpm.

Esempio del servo da 180w di cui parlavo

ServoEsempio.JPG

Con i conti si fa presto, ipotizzando un servo che gira a 3000rpm max, supponendo di farlo girare a 2400rpm per non stare borderline (e con questi numeri mi viene meglio a fare i conti ) con una riduzione 2:1 avrei, alla vite, 1200rpm che con un passo 5 diventano 6000mm/min.
La coppia, come visibile dal grafico, all'albero del motore rimane costante a 0.6Nm, la riduzione permette quindi di avere alla vite 1.2Nm costanti su praticamente su tutto il range di velocità disponibile(*).
Non bastano? Si riduce 3:1 e diventano 1.8Nm, i giri diventano 800 al minuto e la velocità 4000mm/min.
Tutto però deve essere rapportato alle corse della macchina in questione 4000mm/min su una macchina con un asse lungo 4m possono essere pochi, sulla mia, dove l'asse più lungo ha una corsa di poco meno di mezzo metro può essere anche troppo (considerare anche le accelerazioni durante i transitori di partenza e di arresto, si rischia di smontare tutto...).
Come detto, prima di fasciarmi la testa prima di romperla voglio provare a farla girare così, se per quello che devo fare è troppo lenta tornisco dei distanziali e monto i motori in diretta, tanto i fori sono già predisposti e filettati.

Questione elettronica, visto che LinuxCNC mi intriga ma non sono ancora sufficientemente ferrato in materia ho deciso di lasciarlo temporaneamente da parte per studiarmelo meglio, poi sono orientato su una scheda Mesa 7I92H che permette di avere due porte LPT e delle breakout board per parallela economiche e driver DM442.
Nel frattempo che recupero un monitor per il pc e faccio tutti i settaggi/installazioni ho deciso di mettere su alla veloce un setup con la scheda 3in1 Tb6560 accoppiata ad un arduino con su grbl e un alimentatore 36v. Se va comincio a fare qualche esperimento, se non va ho buttato 10€ di componenti per fare un adattatore dalla parallela al pinout di arduino, vedremo! Ho comprato anche una schedina per convertire il pwm di arduino ad un segnale analogico 0-10v per controllare la velocità dell'inverter.

Ultima cosa che ho già scritto un papiro...
Dato che il carrello sul quale ho la fresa è piccolo e rischio di fare cadere tutto ogni volta mi sono disegnato un tavolo per dare una sistemazione definitiva alla cosa. Nella zona anteriore metterò tastiera, mouse e monitor su un braccio ad attacco Vesa, sotto ci andranno quadro elettrico, pc, contenitore per il liquido di raffreddamento e un vecchio comodino con due cassetti per mettere chiavi/frese/pinze ecc ecc. Nella zona del pantografo costruirò un'incastellatura con delle travi di legno per isolare acusticamente la fresatrice e non fare andare polvere in giro.
Il tutto andrà messo su ruote di diametro generoso per facilitare gli spostamenti, nei prossimi giorni vado a procurarmi i tubolari di ferro e mi metto a saldare. Con le sezioni ho esagerato, devo vedere se posso ridurre (sicuramente sì), perchè Inventor prevede più di 30kg di tavolo.

Tavolo.JPG

Saluti e al prossimo aggiornamento


(*) Caso ideale, un po' di coppia viene persa per via della trasmissione.

[andrea97]

Eccoci!
Carrello saldato e messo sulle ruote, nei prossimi giorni mi procuro i piani di legno e lo vernicio.
Non appena arriva l'alimentatore faccio i collegamenti e provo a farla muovere.

WhatsApp Image 2021-05-02 at 11.55.29.jpeg