Scelta motore per asse x CNC 460Kg e velocità

[Albertoz3]

Buongiorno a tutti!
sono neofita per cui chiedo scusa a tutti in anticipo per eventuali "castronerie".
In ditta stiamo valutanto l'autocostruzione di un pantografo cnc a 3 assi + utensile per la svasatura di una serie di fori su piastre in acciaio. Per svasatura si intende un appoggio dell'utensile in precisione +/- 0,1mm sul foro eseguito. Ci saranno circa 40 fori per piastra da eseguire. I fori dovrebbero essere inviati tramite file Gcode ad un controller. Pensavano di utilizzare mach3 su di un controller, ma vedremo nel proseguio cosa, come.

L'asse più gravoso da pilotare sarebbe l'asse x, avevamo pensato alle seguenti caratteristiche:

vite a ricircolo di sfere diam.32
lunghezza vite : 1200mm
passo: 5mm
altre 2 barre di appoggio laterali alla vite.
Il peso del carico complessivo (ponte + accessori e utensile) sull'asse x sarebbe, se tutto in acciaio, di 460kg. Se la struttura fosse in alluminio il peso diverrebbe il 40%, ma chi esegue la parte meccanica preferisce lavorare l'acciaio perchè ha già centri lavoro per farlo.

Ora stavamo valutando se era possibile andare oltre i 10m/min con uno stepper in bipolare parallelo opportunamente dimensionato, cioè posizionato con giunto direttamente alla vite.

Se per esempio impostassi un'accelerazione di 0,5sec e una velocità di 16m/min (osando il massimo) verrebbe fuori un motore (prendo a rif. Lam technologies perchè ne ho le curve di coppia) NEMA 34 6,8Nm M1343031 accoppiato ad un azionamento alimentato a 110Vac. Questo motore sarebbe sovradimensionato del 93% rispetto a quanto richiesto, secondo il tool offerto dal produttore.

Cosa ne pensate di una soluzione del genere, o meglio andare a velocità così elevate? O sto dimenticando dei fondamentali che non so?

Grazie in anticipo a tutti!

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presumo che tu usi dei pattini a ricircolo di sfere.
Presumo che la vite e i pattini abbiano un precarico medio e che la chiocciola della vite si a a singola chiocciola.

Con un passo di vite da 5mm per avere un movimento alla velocità di 10.000 mm/min dovresti far ruotare il motore a 2000rpm. A 2000rpm il motore passo passo ha perso circa oltre l'80% della coppia.
Ammesso e non concesso che arrivi a spingere 460kg a 10m/min, nel momento in cui rallenta l'inerzia gli fa perdere passi.

Per un applicazione del genere non ti basterebbero neanche 8Nm. O fai girare il motore piano, al massimo 900rpm e ti accontenti di 4500 mm/min max di rapido oppure, e te lo consiglio, passi ad un servo da 800W.

Per un applicazione del genere io userei un servo brushless.

La mia macchina ha una vite da 5mm di passo con doppia chiocciola precaricata media, pattini da 25mm precarico medio, la tavola pesa circa 80 kg + morsa , il motore un Nema34 da 8Nm con loop chiuso e il massimo che posso ottenere senza incorrere in blocchi di driver per eccessivo errore è 10.000-11.000 m/min. Per sicurezza l'ho limitato a 7500mm/min.

anche perchè devi prima vedere se con l'accelerazione richiesta, si misura in m/s² e non in sec. come hai scritto, riesci ad ottenere la velocità massima.... per piccoli spostamenti è quasi impossibile.

[Albertoz3]

Grazie per la risposta progress.

Ma se io avessi un grafico del nema34 6,8Nm come in figura, pilotato a 110Vac, non potrei spingermi oltre?

Dai miei calcoli con 2Nm in teoria dovevo essere a posto (non considerando gli attriti e precarichi vite), usando il tool del produttore invece mi dice coppia riflessa sull'albero motore 1.715Nm.

Cosa ne dici? Devo passare ad un brushless?

[Albertoz3]

Specifico meglio: per ottenere i risultati sopra ho supposto di arrivare da 0 a 16m/min in 0,25sec. Carico 460Kg, passo vite 5mm diam.32.

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110Vdc vuoi dire....di solito gli azionamenti in commercio sopportano al massimo 100VDC massimi che vuol dire che non ti conviene alimentarli a più di 80VDC a causa delle back EMF.
Ho paura che quel grafico della Lame sia molto ottimistico e magari si riferisce al motore con passo intero, quindi 200 passi giro.
Quando imposti il micropasso a 1600 passi giro fai già conto di aver perso 1/4 della coppia (a occhio) inoltre 3000rpm sono un dato ottimistico per uno stepper, a quella rotazione magari ci arriva un motore a loop aperto, su cui non rilevi errori di passo.

Parlo per esperienza personale sulla mia macchina, come ti ho scritto, con dei Nema34 da 8Nm a loop chiuso alimentati a 62-65VDC non conviene superare i 7500mm/min perchè se sto sui 10.000 mm/min in fase di accelerazione o decelerazione con il carico di 80kg e quei precarichi l'azionamento va in fault per errore troppo alto.

Un brushless ha meno coppia di uno stepper (dipende) però ti permette di mantenerla su tutto il range di giri.
Io userei un brushless o un DC con una vite passo 10 mm avresti velocità e un basso errore di posizionamento, minore sicuramente di quello di uno stepper.

poi nessuno ti vieta di fare delle prove.

[Albertoz3]

Ora è molto più chiaro. Grazie.

Dovrò orientarmi su dei brushless e vite passo 10mm, sperando di avere dei valori un pò più definitivi sulla meccanica che per ora è in fase progettazione.

Provo a vedere nel forum che marchi brushless si possono trovare tipicamente in commercio, io personalmente uso motori&driver pilotati da plc ma non vorrei andare su queste soluzioni professionali e costose, vorrei rimanere su soluzioni un pò più a basso costo per poi gestire gli azionamenti con software tipo mach3 e relativo controller, in modo da dargli in pasto un Gcode.

P.S.: ho notato la tua cnc con motori 8Nm stepper a loop chiuso, complimenti! Ho notato che non hai usato un'accoppiamento diretto a giunto, ma a cinghia in rapporto 1:1 se non sbaglio, hai dei vantaggi anche in termini elastici?

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grazie... si, il primo è in accoppiamento diretto ed il secondo X a cinghia con rapporto 1:1 solo per motivi di spazio, non potevo e non volevo mettere il motore a sbalzo. Elasticamente quella cinghia non ha backlash, la stessa soluzione l'adottano sulle CB Ferrari.

Prova a guardare i servo Leadshine e relativi azionamenti, sono buoni ed a buon prezzo.

[zumpitu]

Ciao Albertoz3

poiche io ho avuto necessità simili posso dirti serenamente... passa a motori Servo, non ci sono dubbi ! le prestazioni sono incredibilmente maggiori

Io uso i motori della Simplexmotion (svedesi..) che hanno 100 w e 400w di picco , con 2 nm di coppia massima, non so se sia sufficiente per te , ma sono spaventosamente + potenti di un qualsiasi stepper motor che ho provato, se li contatti ti daranno anche delle certezze per quello che riguarda il dimensionamento,

la cosa buona è che hanno integrato i driver con encoder assoluto , e per circa 300 € l'uno secondo me potrebbe essere una soluzione...

la mia esperienza è ottima anche nel assistenza ( in Inglese chiaramente )

Spero ti sia utile !!

CiauX