Максимальная частота импульсов в лазерных станках

Для обеспечения перемещения лазерной головы над заготовкой в лазерных станках с ЧПУ используют шаговые двигатели.

Для обеспечения перемещения лазерной головы над заготовкой в лазерных станках с ЧПУ используют шаговые двигатели. Такой двигатель представляет собой устройство, преобразующее электрические импульсы в механические шаговые перемещения ротора.

Для управления шаговым двигателем используют компьютер, контроллер и драйвер. На компьютере установлено программное обеспечение, в котором формируются управляющие команды. Контроллер представляет собой плату коммутации, которая преобразует поступающие с компьютера команды в последовательность импульсов для драйвера. Плата подсоединяется к компьютеру через LPT или USB. Драйвер в соответствии с полученными импульсами подает ток на обмотки статора, что обеспечивает поворот ротора в заданном направлении и на заданный угол, то есть совершение шага.

Максимальная частота импульсов влияет на скорость работы лазерного станка. Следует заметить, что скорость зависит не только от электронных, но и от механических компонентов. Но в рамках данной статьи будем учитывать только электронику.

В станках с ЧПУ используют главным образом биполярные шаговые двигатели типа HS, у которых один шаг, то есть угол поворота ротора составляет 1,8 градуса. Таким образом, шаговый двигатель HS совершает 200 шагов за полный оборот, и для этого ему требуется 200 импульсов. Существуют также биполярные шаговые двигатели типа HM, у которых шаг составляет 0,9 градуса, и на полный оборот приходится 400 шагов.

Каждый драйвер предусматривает микрошаговый режим управления двигателем, позволяющий делить полный шаг на несколько микрошагов. Этот режим обеспечивает более плавное перемещение и более точное позиционирование ротора, снижение резонанса и вибрации. Выбор микрошага производится в соответствии с таблицей Pulse/Rev Table, размещенной либо на самом драйвере (например, на драйвере DM 556 или DM 542), либо в инструкции по его эксплуатации. В таблице Pulse/Rev Table указывается количество импульсов (400/800/1600/3200/6400/12800/…), приходящихся на полный оборот.

Деление шага 1/1 (то есть 200 шагов или 200 импульсов на полный оборот ротора двигателя HS) не используют. При разделении шага на 4 микрошага потребуется 800 импульсов (200 х 4), а если шаг разбить на 8 микрошагов, то необходимо уже 1600 импульсов на оборот. Необходимое деление шага устанавливается с помощью комбинации переключателей на драйвере.

Выбор деления шага зависит от конкретного станка и производственных задач. Следует учесть, что чем выше деление шага, тем больше потеря момента (она незначительна, но присутствует). Оптимальные значения деления шага составляют 800, 1600 и 3200 импульсов на оборот. При работе на высоких скоростях (свыше 6000 мм/мин) следует выбирать меньшее деление шага.

Чем больше микрошагов в полном шаге, тем точнее и плавней поворачивается ротор. Однако, для этого требуется увеличивать частоту импульсов. Ограничениями выступают максимальная частота входных импульсов у драйвера и максимальная частота генерации управляющих импульсов.

Максимальная частота входных импульсов у большинства драйверов составляет 200 kHz. Опытным путем выяснено, что в 90% случаев уже на частоте 170 kHz появляются различные дефекты в обработке материала. Поэтому при необходимости работать на высокой частоте в целях надежности рекомендуется не превышать частоту 150 kHz.

Частота управляющих импульсов контроллера, например, платы LPT-DTPR 1.03 и большинства ей подобных плат зависит от характеристик компьютера, так как плата не генерирует импульсы, а выполняет функции усилителя и защиты. Хотя в программе Mach3 (в настройках Config – Ports&Pins) есть возможность переключения частоты от 25 до 100 kHz, в конечном итоге частота зависит от компьютера, поскольку в данном случае именно компьютер формирует импульсы. Большинство компьютеров поддерживают частоту 45 kHz, более мощные компьютеры работают на частоте 60 kHz.