Выбор ШВП.

Подписаться на 3Dtoday
Tomcat NN
Идет загрузка
Загрузка
15.12.17
4357
48
Техничка
15
Озадачился с выбором винтов для принтера.
Рассматривал трапецеидальные винты диаметром 8мм и ШВП.
По винтам в продаже нашел с шагом - 1, 2, 4, 8, 12, 14мм.
Во ШВП нашел - 1204, 1605 и 1610. Соответственно диаметр 12мм и 16мм, шаг 4мм, 5мм и 10мм.
ШВП хорошо, но дорого по деньгам. Решил выбирать из винтов трапеций.
Хочется что бы и перемещение было быстрым и точность оставалась высокой.
Стал думать какой драйвер брать для точности и какой двигатель 1,8 градуса или 0,9 градуса за шаг брать.
Сделал небольшие таблички.
Количество шагов двигателя при использовании драйвера с микрошагом.
a1c8ed6bfc76fa5249156f5e7fc82329.jpg
Количество шагов двигателя на 1мм хода винта (гайки).
73c4492ad3db8c9053dbc2a044f96dc6.jpg
Ход винта в мм. на 1 шаг двигателя.
67d24536c5e29b20372d833b382e71bc.jpg
Судя по расчетам, винты диаметром 8мм с шагом 12 и 14 мм я бы не рекомендовал к использованию.
Т.к. получается не целое число шагов на оборот, это ведет к округлению шага. И само перемещение в долях мм получается не кратное 5и. Это, со временем, будет приводить к накоплению погрешности хода винта (гайки).

Так же не советую брать винты с шагом 1 и 2мм с двигателем шаг которого 0,9 градуса.
Вы получаете просто мизерную скорость перемещения. Зато ваш контроллер получает на расчет 51200 или 102400 шага на мм. Если учесть, что моторов и драйверов у вас 3-4 шт. в принтере. Это очень высокая вычислительная нагрузка и я не думаю что 8 битные процессоры с этим будут нормально справятся. Скорее всего будут или затыки или общая скорость работы принтера будет очень низкой. Использовать надо 32х битные контроллеры. С такими винтами и двигателями, точность перемещения винта (гайки) получается очень избыточной и абсолютно не нужной, для сопла 0,4мм, ни по одной из осей, ни для подачи филамента в экструдер. Так же если учесть что такие двигатели в двое дороже.
На эту тему скорости есть две хорошие статьи. (да не будут в обиде их авторы)
Физические ограничения скорости в прошивке Marlin для 3D принтеров
ARM контроллер для 3D принтера с точки зрения программиста

Самым оптимальным, для себя, я считаю, нужно использовать-
двигатели 1,8 градуса, контроллер 32 бита, драйверы LV8729 (честный шаг 1/128 без всяких интерполяций)
и винт с ходом 8мм на оборот.
Тем самым вы получаете и достаточную скорость перемещения и хорошую точность.

По ШВП выбор не велик.
Для маленьких принтеров или станков CNC это ШВП 1204.
Для средних- ШВП 1605 и 1610.
Спасибо за внимание.
Подписаться на 3Dtoday
15
Комментарии к статье

Комментарии

15.12.17 в 14:46
1
Внятно, доступно, но один вопрос возник...

Вы для каких осей подбирали конфигурацию? Только для Z или для всех осей?
Судя по упоминанию CNC - для всех, я вас правильно понял?

Просто рабочие скорости перемещения в принтерах отличаются от фрезерных режимов резания, а так же и скорости свободных перемещений.
Кто-то бы еще добавил расчетные скорости при той или иной конфигурации, вот тогда картинка была бы полной. Не хватало бы только нагрузочных усилий на двигателях. ;)
15.12.17 в 16:44
2
Вот тут https://youtu.be/YU5SdzRVtv0 чувак сравнивает винты и ремни, и вроде как говорит про усилие удержания.
15.12.17 в 17:10
1
Ну, да, говорит, даже слишком много говорит, да, сравнивает, но предметного анализа нет... цифр нет, анализировать нечего... слова и эпизодические цифры без привязки к анализу. Простите меня, я не осилил пол-часа, жалко времени, в ускоренном темпе посмотрел, может конечно что-то важное и пропустил, но законченного результата в виде таблички зависимостей от того или иного параметра не увидел. Я и говорю о том чтоб это все визуализировать в виде таблички ;)

Кстати почему-то он предпочитает не GT2, а GT3, прикольно, вам не кажется ;)

Я сам лентяй, чтоб такую табличку делать... и это не единственный мой недостаток. ;)
15.12.17 в 17:35
1
Насколько я понял, GT3 - это следующее поколение GT2, принципиальных различий между ними нет, ну и к китайским ремням никак не относится - http://gatesbeltsandapplications.blogspot.ru/2015/10/whats-difference-between-gt-gt2-and-gt3.html , https://www.torquetrans.com/blog/powergrip-gt2-and-gt3-belts-fit-the-same-pulleys
15.12.17 в 17:53
1
Разница есть и достаточна существенная:
b563798e28d097c1648e13e2226edf25.jpg

Я в курсе в чем разница, я только спросил то что спросил ;)
Кстати почему-то он предпочитает не GT2, а GT3, прикольно, вам не кажется
15.12.17 в 19:39
1
Похоже я Вас не понял, прошу прощения. Вы, вероятно, имеете в виду маркировку шага зубов китайскими продавцами. Я имел в виду поколения ремней Gates - изобретателя профиля GT.
15.12.17 в 18:43
2
Простите меня, я не осилил пол-часа, жалко времени,
Под видео у него есть ссылки на многобукаф с формулами из блога.
Ну значит не у этого мужика была картинка с процентами удержания\крутящего момента в зависимости от микрошага\скорости.
a00adc88dd213644f6a21017161f25ad.png
Может у Томаса, может ещё у кого (кто-то любит чистить историю просмотров :D). Но точно за последние дней 10 я это смотрел. Ещё график был. Найду прикреплю.

По ремням всё просто:
× GT2 — .2 мм на шаг, 40 мм за оборот;
× GT3 — .3 мм на шаг, 60 мм за оборот.
Вот и вся математика.
15.12.17 в 19:03
2
Но точно за последние дней 10 я это смотрел.
Простите меня, саксаула, не люблю "твоютрубу", мне по-старинке, на бумажке... буду вам признателен, если вспомните где видели.

А про разницу в ремнях, я понимаю, вот и подмигнул вам в комментарии :D
Это все-равно что шкивы на моторах поменять с 16 на 20, или на 32 зуба ;)
15.12.17 в 19:11
1
Это все-равно что шкивы поменять с 16 на 20, или на 32 зуба
При увеличении количества зубьев растёт скорость перемещения и падает точность позиционирования жи, при том же микрошаге.
15.12.17 в 19:19
1
Здесь еще хуже падает, если те же шкивы применять :-) при переходе зацепления шкива с ремнем зубцы излишне большие и их отгибает куда как больше, чем мы теряем на увеличении шкива при GT2... плюс ко всему вероятность резонансов больше на ремне... чем мельче профиль ремня тем точнее перемещения. Не просто так все ушли с профиля "T" на "GT2".. GT3 позволяет скорость увеличить, как вы сами заметили, но точности не прибавит, а убавит на большей элластичности.

Может я и ошибаюсь :-)

А про усилия и микрошаги... сейчас найду, подождите секунду...
Здесь про усилия можно увидеть... :D:D:D
15.12.17 в 14:59
0
Подбирал для всех осей. Для принтера. (не для CNC)
Хочу использовать по всем осям только винты. Никаких ремней. (в топку)
С начала думал на ось Z ставить винт с мелким шагом. Так сказать для увеличения точности и т.п.
А на оси X и Y хотел винты с шагом поболее - для увеличения скорости.
Но после расчетов и таблицы передумал.
Винта диаметром 8мм с шагом 8мм - точности хватит с избытком по всем осям.
Главное что бы контроллер быстрый был и драйвера нормальные.
15.12.17 в 15:05
0
Добрый день, не совсем понял как использовать винты по всем осям ? Может есть пример подскажите.
15.12.17 в 16:31
0
Ну например так (как один из вариантов)-
4303074468a76c16aed2d77d642e9276.jpg
15.12.17 в 15:11
0
Да, хорошо, понял вас.
А на какие максимальные скорости печати и свободного перемещения вы для себя определили конфигурацию и при каких ускорениях в прошивке?
Или пока еще над этим не сидели с калькулятором?
15.12.17 в 16:25
1
Планирую использовать контроллер Lerdge-S 32х битный. И драйвера LV8729.
Настройка характеристик принтера с тач экрана.
Что бы минимизировать танцы с бубнами во круг прошивки.
Рабочее поле планируется 200*200*250мм. Моторы Nema 17 1,8град. Винты трапеция 8/8мм (диаметр/ход)
Какие скорости получатся. Пока не знаю и не могу спрогнозировать.
Если есть какие ни то онлайн калькуляторы. С удовольствием взглянул бы.
15.12.17 в 16:35
0
Услышал... Спасибо.

Когда соберете, не забудьте поделится результатами.
Удачи в изысканиях.
15.12.17 в 16:55
3
Если есть какие ни то онлайн калькуляторы. С удовольствием взглянул бы.
Калькулятор есть. Вот http://www.cnc-club.ru/forum/viewtopic.php?f=41&t=9373
Можно посчитать максимальную частоту вращения мотора, при которой он будет сохранять номинальный момент в зависимости от его параметров и напряжения питания.
15.12.17 в 18:06
0
Спасибо за ссылку, а я его потерял, и искал не там... на робофоруме искал ;)

...дополню вас, я когда-то таким считал он-лайн калькулятором
15.12.17 в 21:44
1
я когда-то таким считал он-лайн калькулятором
Это тоже самое.:) Просто изначально Михаил Юров сделал калькулятор отдельным приложением и выложил его на форуме, а ребята с форума подхватили это дело, немного развили тему и портировали на сайт. Я как раз наблюдал, как эта тема развивалась...:)
15.12.17 в 23:21
0
Спасибо!
Посчитал на калькуляторе двигатель Nema 17 40 мм длина. на 24 вольта подключение.
Рабочий ток 1,2а / пиковый 1,7а.
Получилось для винта с ходом 8мм -
Максимальная рабочая скорость:1364.19 об/мин
Скорость линейного перемещения:10913.48 мм/мин
Это я так понимаю без какой либо нагрузки на двигатель.
Если вес портала с экструдером в районе 1-2 кг, то интересно какие реальные будут значения ??
15.12.17 в 23:48
1
интересно какие реальные будут значения ??
Зависит от драйвера. Сможет ли он обеспечить требуемый ток в обмотках мотора. Ну и можно прикинуть момент. Масса подвижных частей есть, ускорения планируемые есть, значит силу инерции посчитать можем (она основной враг в принтере). Диаметр шкивов тоже известен, значит требуемый крутящий момент на валу мотора для преодоления этой самой силы посчитать тоже можем. Дальше надо посмотреть по даташиту на мотор, какой момент он развивает, например, при максимальной посчитанной частоте вращения и сравнить с требуемым. Тогда будет видно, потянет ли ваш моторчик такую массу с желаемым ускорением.
Ну или просто тупо включить и посмотреть, раз оно уже куплено... :)
29.12.17 в 08:43
0
Скорость зависит не от драйвера, а от контроллера.
Вот вам тому подтверждение.
Контроллер Speedy Board 2.0 на STM32H7 (самый топовый чип в линейке)
(сколько стоит контроллер - не нашел)
Драйвера используются 8x STSPIN820 Driver, native 1/256 step, 1.5A программно управляемые по току.
Speedy Board 2.0
SPEEDY BOARD applied to ULTIMAKER 2 - скорость на обычном принтере. (вот вам и ремни- оказывается выдерживают)
Acceleration: 12000 mm/sec2
Print speed: 1000mm/sec
1/32 ustep
У меня челюсть упала при просмотре.
29.12.17 в 10:37
1
Задача контроллера, помимо прочего - выдать последовательность сигналов step с нужной частотой, чтобы обеспечить выполнение заданной траектории с требуемой скоростью перемещения и ускорением разгона/торможения. Не более того. Это просто вычислитель. А вот задача драйвера - обеспечить нужный режим тока в обмотках, чтоб мотор эти скорости/ускорения вывез. Если драйвер так себе и нужный ток не обеспечивает, то мотор просто сорвется в пропуск шагов, потому что ему момента не хватит для разгона вашей железки с желаемым ускорением. И никакой контроллер тут не спасет.

Простой пример из практики. Есть у меня домашний фрезер с ЧПУ, на котором стояла бюджетная плата с контроллерами на ТВ6560. Работало, но разогнать портал до скоростей свыше 3000 мм/мин с ускорением 400 мм/с2 было не реально - моторы уходили в срыв. Заменил драйвера на Leadshine DM442 ... Теперь 6000 мм/мин без проблем. От слова "вообще". С тем же ускорением и даже выше.
При этом, заметьте, контроллер в лице компьтера остался прежним.

Правда, возможна и другая ситуация, когда драйвера хорошие, а у контроллера просто не хватает ресурсов, чтобы выдавать управляющие сигналы с нужными частотами. Поэтому напрашивается вывод: система должна быть сбалансированной.

Ну а что касается моего ответа именно про драйверы, то в том посте речь шла о максимальных скоростях, которые можно выжать из конкретного мотора без потери момента. Контроллер к этому отношения совсем не имеет, это тема сугубо электро-механическая, касающаяся связки мотор - драйвер.
16.12.17 в 00:22
0
Хорошая у вас получается скорость, в пересчете порядка 180мм/с
Да, конечно это только расчетные скорости и токи потребления, потому там и ток дан с пиковым значением в расчете на поддержание крутящего момента и скорости.

Можно и 20кг с такой скоростью разогнать, но разогнать, а не с такой скоростью с места сдвинуть... для того и нужны ускорения в прошивке, о чем и говорил выше. Все будет от них зависеть, смотря какую силу инерции (покоя-движения) преодолевать... если ускорения будут маленькие у вас средняя скорость будет маленькой и никогда не будет соответствовать заявленной... об этом я и спрашивал на какие скорости печати вы рассчитываете.

Спасибо, что подняли этот вопрос вообще, благодаря ему я нашел потерянную программу. :D
Nickson'у отдельное спасибо.
15.12.17 в 17:39
0
Если есть какие ни то онлайн калькуляторы. С удовольствием взглянул бы.
Есть вот такие калькуляторы: https://github.com/rcarlyle/StepperSim , но LV8729 там нет :-(
18.12.17 в 00:14
0
Был у меня на винтах...
Шаговики нема 17 с трап винтом и шагом 8 мм позволяли разгоняться аж до 40-50 мм/с, это максимальная достижимая скорость была,
рабочая - 20-40.
Актуально стояла проблема люфта в каретках, пришлось приделать регулируемую контрагайку на трап винт и постоянно приходилось регулировать затяжку, т.к. для безлюфтовой работы нужен был натяг, а при натяге начинался износ гаек латунных. Хорошо помогла смазка с модификатором трения автомобильная, но всё равно периодически подтягивал.
Обычные пружинные гайки не подойдут, пружина пружинит при каждой смене направления.

Ну и конечно воблинг по всем осям который пришлось долго лечить, муторно выставляя винты в муфтах соосно валу ШД.
(можно избежать взяв шаговики в которых винт уже встроен внутрь)
Насчёт микрошага...Я считаю что мельче 1/16 нет смысла, более мелкие шаги теряются на фоне других погрешностей, разве что чтобы звук поприятней был.

Вобщем скажу тоже что и другие, принтер на винтах - чушь собачья:D
19.12.17 в 01:21
0
Трап винты по всем осям в вашем принтере как крепились ??
1. Висели свободно на подвижной гайке и были соединены через муфту с двигателем ?
2. Один конец винта был закреплен через упорный подшипник ? (дальний или ближний к двигателю ??)
3. Оба конца были закреплены через упорные подшипники ??

Я что то не видел CNC станков на ремнях. И там используют только трап винты или ШВП.
И люфта и воблинга вроде как не наблюдается. И прикладываемые усилия на фрезу, по осям, там идут на много выше чем на экструдер.
Почему нельзя использовать механику CNC станка для 3Д принтера ? При том что усилий на экструдер практический нет.
19.12.17 в 01:58
0
Винты крепились одним концом в жёсткой муфте на ШД, Китайский трап винт просто так не закрепишь в подшипниках, он там просто болтается, точность изготовления не та.
Чтоб сделать по взрослому, с подшипниками, нужна настоящая ШВП с разделкой концов и пара хороших подшипников, а это уже совсем другая стоимость.

ЧПУ фрезеры не делают на ремнях по простой причине, ты сам себе уже ответил, там нужны большие усилия, винт работает как червячный редуктор и многократно усиливает момент шаговиков, усилие фрезеру нужно в разы больше чем шаговик может развить с ремнём, в принтерах же наоборот нужна скорость, а на винтах крайне проблематично получить высокую скорость.

Люфт и воблинг в фрезерах отсутствует потому что там конструкция изначально в разы прочнее,
Чтобы создавать усилие ломающее стальные фрезы надо чтобы станок не согнулся от таких усилий, лёгкая несоосность винта даже рядом не даёт усилий сравнимых с усилиями которые выдерживает ось во время резки. в фрезерах валы раза в 3 толще чем в принтерах.

Механику фрезера использовать конечно можно, народ иногда пробует для интересу.
Но это настолько медленно и печально что повеситься можно, к тому же станок будет работать на предельной скорости, на износ, есть вероятность что быстро сдохнут ходовые гайки и подшипники.
19.12.17 в 18:21
0
У меня CNC фрезер на винтах с шагом 14мм, но скоро буду пробовать печать, дабы скорость/ускорение необходимые для печати держит хорошо, контроллер RAMPS 1.4.
d8b7b2afcbf967aabd52ff17db928f9e.JPG
a6f54039ca17631ad44ec2667a4e4c96.JPG
03aa95782180f934a1a25d0c209e7c4a.JPG
20.12.17 в 09:03
0
Вот принтеры на винтах.
И вроде как все работает.
8 Cubic Feet В ТОП 10 принтеров на ютубе.
8 Cubic Feet
3DMonstr Large 3D Printers Хороший обзор на ютубе выложен.
20.12.17 в 10:22
0
Посмотрю, интересно. Меня только волнует уровень шума и скрип станка на больших скоростях. И не у одного меня такая проблема при использовании трапецеидальных винтов на больших скоростях. Как думаете решать проблему? Может, использовать пластиковые гайки?
20.12.17 в 14:40
0
Графитовая или молибденовая смазки не решают проблемы ??
20.12.17 в 17:37
0
Использую графитовую смазку. Нет, вообще не спасает
11.01.18 в 14:07
0
Я и не говорил что это невозможно, я лишь сказал что это чушь собачья)))
куча проблем при создании и никудышные скоростные характеристики.
в тех видео что я нашёл про 8 Cubic Feet чудовищно малая скорость печати, а у 3DMonstr пытливый взгляд заметит повышающий ременной редуктор на всех осях, потому что иначе капец как медленно.
11.01.18 в 13:57
0
Необходимые скорости/ускорения это по вашему какие?
15.12.17 в 15:12
2
Для оси Z надо учесть, что она не двигается, а работает на удержание. Нормально держать же шаговики могут только в позициях полного шага. Если ход на шаг больше сотки, придётся выбирать высоту слоя строго кратную шагам. Также винты с большим шагом крутятся просто под весом стола. Отключил удержание — стол упал.

На X и Y как-то надо компенсировать люфт. И абсолютный максимум скорости перемещения получится 60-80 мм/с, что вообще-то адово мало. Также у винтов с большим шагом плохой КПД, то есть заметная часть мощности привода идёт на трение в гайке, её нагрев и износ.
15.12.17 в 15:58
1
Шаговики отлично держат дробный шаг, не хуже чем полный. А вот точность установки зависит от драйвера, см. https://hackaday.com/2016/08/29/how-accurate-is-microstepping-really/ .
15.12.17 в 16:44
3
Ну ведь даже у вас по ссылке показано, что не держат шаговики дробный шаг под нагрузкой.
Both loaded and unloaded, the DRV8825 performs well until it reaches the half-step. Then, it leaps almost to the next full-step position within a single microstep. In the reverse direction, it again performs well until it reaches the half-step – this time in the other half of the full-step – before it breaks down to the original full-step position.
Ничего удивительного, шаговик работает так, что наибольшая сила действует на ротор в целых и полушагах, наименьшая (и заметно меньшая!) между ними. Микрошаги около целых положений держатся хорошо, посередине плохо, в целом на микрошаг надеяться нельзя.
В движении, читай для XY, это не важно, но ось Z движется редко, а стоять на месте должна точно.
15.12.17 в 17:43
0
Ну это относится не к мотору, а к драйверу. График A4982 с тем-же мотором гораздо красивее.
15.12.17 в 18:25
1
в целом на микрошаг надеяться нельзя
...это относится к любому драйверу... в положении микрошага не драйвер держит ротор, а магнитные поля самого двигателя... в них "засада".
15.12.17 в 19:09
0
Я-бы сказал, что точность позиционирования оси в режиме удержания в микрошаговом режиме зависит от точности установки токов обмоток драйвером. Я вот прикинул в уме взаимодействие магнитных полей, и не вижу причину, по которой сам мотор может позиционироваться хуже в районе половины целого шага, при условии хорошей точности установки токов. Возможно ошибаюсь, может есть какие-то издержки технологии произовдства шаговиков.
15.12.17 в 19:34
0
Как emo-hipster и говорил, при полном и половинном шагах вопросов нет... именно в таких режимах все большие CNC работают... Проблема в микрошагах между этих положений... вот я о чем.
15.12.17 в 19:42
1
Моя проблема в том, что я не вижу проблемы там, где вы ее видите :) Видимо так и останемся, каждый со своей проблемой :)
15.12.17 в 20:30
1
Усилие магнитного действия ослабевает с квадратом расстояния. Когда ротор сильно тянет в одну сторону и слабо в другую — всё ок. Но если ротор тянут сразу в две стороны, равновесие получается неустойчивое. Стоит ему чуть сместиться под нагрузкой, как он притянется к одной из обмоток, которая окажется ближе и потому подействует сильнее, и другая его удержать уже не сможет.
В сервах с этим борются постоянным отслеживанием фактического положения ротора и моментальной компенсацией усилия. А то вы думали почему они дорогие. Но шаговик машина тупая, свои шаги отрабатывает чисто механически, в сложных положениях путается.
15.12.17 в 23:28
0
Ни что не мешает повесить на шаговик энкодер - что бы тот не путался и не пропускал шаги.
Но я считаю для принтера это лишние и ненужныt затраты.
16.12.17 в 04:15
0
Ничто, кроме цены и сложности, угу. Шаговик с энкодером это уже серва, и стоит как серва. То есть не десяток баксов, а сотни их.
16.12.17 в 06:25
1
Усилие магнитного действия ослабевает с квадратом расстояния.
Согласен. Но драйвера компенсируют это увеличением тока обмотках. Посмотрите в даташит любого драйвера. Вот, например, табличка для A4988, драйвер поддерживает постоянную силу магнитного поля в пределах целого шага, стабилизируя среднеквадратичное значение двух токов - sqrt(I1^2+I2^2) :

8bfac3753d89ac96e17aeb996daae141.png

Когда ротор сильно тянет в одну сторону и слабо в другую — всё ок. Но если ротор тянут сразу в две стороны, равновесие получается неустойчивое. Стоит ему чуть сместиться под нагрузкой, как он притянется к одной из обмоток, которая окажется ближе и потому подействует сильнее, и другая его удержать уже не сможет.
Никто ротор в две стороны не тянет. Если уж такую аналогию рассматривать, то его удерживают в равновесии и при попытке повернуть ротор приложением внешнего воздействия оказывают сопротивление - с одной стороны тянут, с другой толкают. Напомню, что мы говорим о режиме удержания. В соответствии с формулой стабилизации выше магнитное поле удержания поддерживается постоянным для любого угла поворота ротора в пределах целого шага.

Конечно-же это самая простая модель, не учитывающая технологию производства шаговиков и другие тонкости (зазоры между ротором и статором, например). Но, на мой взгляд, с учетом всех неидеальностей, погрешность установки на любом микрошаге легко уложится в несколько процентов.
15.12.17 в 23:36
1
Судя по статье и графикам, я так понял, самый оптимальный шаг это 1/16.
(https://hackaday.com/2016/08/29/how-accurate-is-microstepping-really/ .)
При таком шаге достигается самый высокий момент при удержании.

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

3Dtoday за 60 секунд от 17 июля

Сформирован план развития российских аддитивных технологий в период до 2025 года

Новая программа лояльности REC

Первая печать на JAP Micro

Tethon 3D предлагает керамический порошок для струйных 3D-принтеров на основе оксида алюминия

Marlin: управление шаговыми двигателями