Steppermotoren vorgestellt: Von der Grundmechanik bis zu fortschrittlichen Steuerungssystemen

Sehr zuverlässige Schrittmotoren: Leistung und Präzision bei der Bewegungssteuerung

Schrittmotoren sind im Vergleich zu Servomotoren oft unterbewertet, bieten aber vergleichbare Zuverlässigkeit.die eine genaue Positionierung und Geschwindigkeitsregelung ermöglichtMit hohem Drehmoment bei niedrigen Geschwindigkeiten und minimalem Vibrationsvermögen zeichnen sie sich in Kurzstrecken-Anwendungen für eine schnelle Positionierung aus.

Schrittmotoren: Ein vollständiger Leitfaden zu Prinzipien, Typen und Anwendungen

"Schrittmotoren? Servomotoren müssen besser funktionieren". Dies ist ein häufiges Missverständnis, wenn es um Schrittmotoren geht.Schrittmotoren sind in unterschiedlichen Anwendungsbereichen hervorragend, von fortschrittlichen Industrieanlagen bis hin zu automatischen AlltagsinstrumentenDieser Artikel erklärt, warum sie für präzisionsgesteuerte Systeme die beste Wahl bleiben.

Während manche Schrittmotoren übersehen, ist ihre Rolle bei der hochen Präzisionssteuerung branchenübergreifend von entscheidender Bedeutung.Medizinprodukte, Analyseinstrumente, Präzisionsstufen, Finanzsysteme, Lebensmittelverpackungsmaschinen und sogar Kameraöffnungsanpassungen, beweisen ihre Vielseitigkeit in anspruchsvollen, präzise kritischen Umgebungen.

Warum benutzt du einen Schrittmotor?

Benutzerfreundlichkeit: 34%
Billig: 17%
Einfache Operationen:16%
Keine Anpassung erforderlich: 12%
andere: 21%
*# der Befragten: 258 (mehrere Antworten erlaubt) / durch Oriental Motor erforscht

Hauptvorteile: Benutzerfreundlich, einfach zu bedienen und kostengünstig

Laut einer Umfrage unter Benutzern von Schrittmotoren bevorzugen viele sie wegen ihrer Benutzerfreundlichkeit, einfacher Bedienung und geringen Kostenvorteilen, die direkt mit ihrem Struktur- und Systemdesign verbunden sind.Die einfache Mechanik und Konfiguration von Schrittmotoren erklären diese Vorteile natürlichEinige Leser können jedoch ihre Genauigkeit und Drehmomentleistung in Frage stellen.Durch das Verständnis der Eigenschaften des Schrittmotors und die Anpassung an die BetriebsbedürfnisseIm Folgenden werden ihre wichtigsten Merkmale und technischen Erkenntnisse aufgeschlüsselt:

Hohe Bremsgenauigkeit mit schneller Leistung bei niedriger/mittlerer Geschwindigkeit

Schrittmotoren bieten eine außergewöhnliche Bremsgenauigkeit und ermöglichen eine präzise Open-Loop-Steuerung.ohne kumulative SchrittfehlerSie sorgen für eine gleichbleibende, hochpräzise Positionierung und vereinfachen das Antriebssystem, reduzieren die Kosten und gewährleisten gleichzeitig die Zuverlässigkeit.

Punkt 1
Fantastische Haltegenauigkeit

Zum Beispiel bei der Umwandlung der Stoppgenauigkeit ±0,05° eines Schrittmotors in den Kugelschraubmechanismus:

Betriebsbedingungen:
• Motor der Baureihe RK II

• Blei der Kugelschraube: 10 mm

Haltgenauigkeit: ±1,4 μm

Im Allgemeinen beträgt die Genauigkeit einer Bodenkugelschraube ±10 μm. Bei Verwendung einer Walzkugelschraube sinkt ihre Genauigkeit auf ±20 μm,mit einer Haltegenauigkeit von mehr als 10 W,.

Die Schrittmotoren zeichnen sich durch ihr niedriges/mittleres Drehmoment aus, ein wesentlicher Unterschied zu Servomotoren, die ein gleichbleibendes Drehmoment bei mittleren bis hohen Drehzahlen liefern und für Langschlag- und Hochdrehzahlen geeignet sind.,Schrittmotoren verfügen über eine nicht flache Drehmomentkurve: Das Spitzendrehmoment bei niedrigen/mittleren Drehzahlen sinkt bei hohen Drehzahlen deutlich ab. Dies macht sie ideal für Kurztaktanwendungen (z. B. begrenzte Drehungen),wo sie bereitstellen:

• Hohe Drehmomentleistung bei erforderlichen Drehzahlen für eine schnelle Positionierung bei Aufgaben wie mehrfach rotierenden Tischen oder Inching.
• Stabile Leistung bei niedrigen Drehzahlen (eine Herausforderung für Servos) mit minimalem Bedarf an Hochgeschwindigkeitsbetrieb, da Kurzschlagarbeiten verlangsamen und stoppen, bevor sie die Spitzenumdrehzahlen erreichen.

Kurz gesagt, Schrittmaschinen optimieren für das Drehmoment, wo es am wichtigsten ist: der niedrige / mittlere Geschwindigkeitsbereich, der für kurze Strecken, präzise angetriebene Anwendungen kritisch ist.

Schnelle Reaktion und hervorragende Synchronisierung

Das dritte herausragende Merkmal von Schrittmotoren ist ihre Reaktionsfähigkeit. Mit der offenen Schleifensteuerung, die einseitige Befehle an den Motor sendet, können Schrittmotoren sehr gut mit Befehlssignalen synchronisieren.Im Gegensatz dazuDie Schrittmotoren arbeiten jedoch in Echtzeit mit eingehenden Impulsen, wodurch die Latenz minimiert und eine schnelle Reaktion gewährleistet wird.

Dies macht Schrittmotoren ideal für Anwendungen, die eine Mehrmotor-Synchronisierung erfordern.Schrittmotoren können die Bewegungen genau koordinieren, so daß ein nahtloser Transport der Platten zwischen den Förderern gewährleistet ist.

Punkt 2
Ausgezeichnete Reichweite bei niedriger/mittlerer Geschwindigkeit!

Beispiel: Das Drehmoment eines 85 mm großen Motorrahmens entspricht einem Nenndrehmoment eines 400 W-Servomotors bei 1000 R/min.

Das Drehmoment in einem noch niedrigeren Drehzahlbereich kann bis zu 5-mal höher sein.

Punkt 3
Hochempfänglichkeit!

Geeignete Anwendungen

Abgesehen von Inch-Anwendungen mit häufigem Starten und Stoppen eignen sich Schrittmotoren für die Positionierung von Bildprüfprozessoren, die keine Vibrationen mögen.mit einer Leistung von mehr als 1000 W undAußerdem werden die Kosten erheblich reduziert, indem ein Kugelschraubantrieb durch einen Gurtantrieb ersetzt wird.

Der Vorteil großer Eigenschaften

Neben der Kostensenkung haben Schrittmotoren viele Vorteile in Bezug auf die Leistung..Weiter unten werden detaillierte Informationen zu Schrittmotoren, wie z. B. Grundstruktur, System und Beispielanwendungen, für weitere Informationen zu Schrittmotoren eingeführt.

Grundsätze der Schrittmotoren

Betrieb und Struktur

Ein Schrittmotor dreht sich mit einem festen Schrittwinkel, genau wie der Zeiger einer Uhr.Durch die mechanische Struktur des Motors kann mit der offenen Schleife eine hochechte Positionstellung durchgeführt werden.

Genaue Positionierung (Anzahl der Schritte)

Die einfache Struktur von Schrittmotoren wird ohne die Verwendung elektrischer Komponenten, wie z. B. eines Encoders innerhalb des Motors, erreicht, während sie die vollständige Kontrolle über Rotation und Geschwindigkeit haben.Schrittmotoren sind sehr robust und haben eine hohe Zuverlässigkeit mit sehr wenigen AusfällenDie Stoppgenauigkeit beträgt ±0,05° (ohne kumulative Höhenfehler).Da die Positionierung von Schrittmotoren durch Open-Loop-Steuerung durchgeführt wird und durch den magnetisierten Stator und den magnetischen Rotor mit kleinen Zähnen betrieben wird, Schrittmotoren haben einen höheren Nachbeobachtungsmechanismus gegenüber Befehlen als Servomotoren. Auch tritt keine Jagd auf, wenn Schrittmotoren gestoppt werden. Sie sind auch hervorragend in Gürtelantrieben,mit geringer Steifigkeit.

Nützlich für die Geschwindigkeits- und Positionskontrolle

Wenn Impulse durch einen Impulsgenerator an einen Treiber eingegeben werden, positionieren sich die Schrittmotoren entsprechend der Anzahl der Eingabeimpulse.8° für zweiphasige SchrittmotorenDie Drehgeschwindigkeit des Schrittmotors wird durch die Geschwindigkeit der dem Fahrer zugeteilten Pulsfrequenz (Hz) bestimmt.und es ist möglich, die Drehung des Motors frei zu ändern, indem man einfach die Anzahl der Eingabeimpulse oder Frequenzen an den Fahrer ändert. Schrittmotoren dienen nicht nur als Positionssteuermotoren, sondern auch als Geschwindigkeitssteuermotoren mit hoher Synchronisierung.

Steparmotoren verwendet:

• Hochfrequente, sich wiederholende Positionierung von festen Schrittwinkeln
• Positionierung, bei der aufgrund der Breiteneinstellung usw. eine lange Haltzeit erforderlich ist.
• Schwankende Belastungen und sich verändernde Steifigkeit
• Positionierung, die 1 Zyklus aufteilt
• Motorwellen, die synchron arbeiten müssen

Betriebssystem

Einfache Steuerung ohne Sensor oder Rückkopplung

Da es möglich ist, eine genaue Positionierung und Positionssteuerung durchzuführen und gleichzeitig mit der Anzahl der Befehlspulse und der Geschwindigkeit zu synchronisieren, sind keine Geräte wie ein Sensor,für die Positionierung. Daher ist das gesamte System einfach zu konstruieren. Wenn eine erweiterte Steuerung, wie z. B. eine Interpolation, nicht erforderlich ist, wird der eingebaute Steuerungsfunktionstyp-Treiber empfohlen.Die Kosten werden durch die Beseitigung von Steuerungen gesenkt., z. B. ein Impulsgenerator und PLC-Positionierungsmodule.

Eingebetteter Sensor in geschlossener Schleife

Obwohl eine hohe Genauigkeit der Positionierung mit der offenen Schleife möglich ist, was passiert, wenn ein Problem auftritt?mit einer Leistung von mehr als 50 W und einer Leistung von mehr als 100 W,.

Können die Kosten weiter gesenkt werden?

Das häufige Problem unter den Konstrukteuren ist die Kostensenkung. Gibt es wirklich keine Möglichkeit, die Kosten weiter zu senken?wurde auf der Grundlage des Kugelschraubmechanismus durchgeführtNachstehend werden die Einzelheiten der Prüfung erläutert:

Auftrag

Mechanismus der linearen Bewegung

1Weitere Geschwindigkeitssteigerung
2. Kosten weiter reduzieren
[Bedingungen der ursprünglich geplanten Ausrüstung] Mechanismus: Kugelschraube + Servomotorwerden anhand des mit Kugelschrauben und Stahlplatte angeschlossenen Servomotors bestimmt.

Planung

Wechseln Sie den Mechanismus in einen Gürtel-Roller
• Kugelschraube, wenn man versucht, die Geschwindigkeit zu erhöhen => Gürtemechanismus könnte geeigneter sein => 1000 mm/s bis 1500 mm/s ist mit dem Gürtemechanismus möglich.Wechseln Sie zum Gürtel, wenn es keine Probleme mit der Positionierungsgenauigkeit gibt. • Kosten erheblich reduzieren, wenn ein Wechsel zum Gurt möglich ist => Der Gurt ist günstig, aber seine geringe Steifigkeit kann die Stabilität des Servomotorbetriebs beeinträchtigen, auch bei automatischer Abstimmung.

Probleme

1Unterschied in der Haltegenauigkeit zwischen Schraube und Gürtel... wie viel Haltegenauigkeit ist erforderlich?
2Einfluss der niedrigen Steifigkeit Einfluss auf die Absetzzeit, Vermeidung von Tuning-Problemen
• Bessere Stoppgenauigkeit mit der Schraube. Kein Problem beim Wechsel zum Gürtel? => Die erforderliche Stoppgenauigkeit der Anwendung beträgt ±0,05 ~ 0,1 mm, was nicht so genau ist wie bei der Schraube.Daher, sollte es in Ordnung sein, mit dem Gürtel zu ersetzen.
• Bei Umschaltung auf den Gürtel wird die Steifigkeit des Mechanismus gering, wodurch die Servomotorbewegungen instabil werden.Aus diesem Grund, sie erfordern keine Anpassung und sind stark gegen geringe Steifigkeit. Ihre Bewegungen sind unabhängig von schwankenden Lasten stabil. Wenn die Leistung gleich ist, sollten Sie Schrittmotoren in Betracht ziehen.

Schätzung

Mechanismus: Gürtelpulle + Motor: Versuchen Sie es mit dem Schrittmotor

Probleme

1Unterschied in der Haltegenauigkeit zwischen Schraube und Gürtel... wie viel Haltegenauigkeit ist erforderlich?
2Einfluss der niedrigen Steifigkeit Einfluss auf die Absetzzeit, Vermeidung von Tuning-Problemen
• Bessere Stoppgenauigkeit mit der Schraube. Kein Problem beim Wechsel zum Gürtel? => Die erforderliche Stoppgenauigkeit der Anwendung beträgt ±0,05 ~ 0,1 mm, was nicht so genau ist wie bei der Schraube.Daher, sollte es in Ordnung sein, mit dem Gürtel zu ersetzen.
• Bei Umschaltung auf den Gürtel wird die Steifigkeit des Mechanismus gering, wodurch die Servomotorbewegungen instabil werden.Aus diesem Grund, sie erfordern keine Anpassung und sind stark gegen geringe Steifigkeit. Ihre Bewegungen sind unabhängig von schwankenden Lasten stabil. Wenn die Leistung gleich ist, sollten Sie Schrittmotoren in Betracht ziehen.

Schätzung

Mechanismus: Gürtelpulle + Motor: Versuchen Sie es mit dem Schrittmotor

• Beförderbare Masse -> Max. zulässige Belastung 7 kg • Fahrgeschwindigkeit -> Auf 800 mm/s verbessert Motor => Durch den Wechsel vom Schrittmotor zum Servomotor werden die Kosten um 50% gesenkt!Mechanismus => Durch Umstellung von Kugelschraube auf Gurtmechanismus, Kosten um 7% reduziert!

Ergebnisse

Es gab viel Raum für Kostensenkungen!
Durch eine nullbasierte Überprüfung des Mechanismus sowie die Auswahl des Motors auf der Grundlage der Eigenschaften konnten wir die Spezifikationen erhöhen und die Kosten senken.Selbst mit der Motorgröße wurde etwas größerIn der Vergangenheit wurde die Auswahl des Motors auf der Grundlage seiner Benutzerfreundlichkeit oder Vertrautheit durchgeführt.Es war überraschend, dass Schrittmotoren günstiger sind als erwartet.Bei anderen Geräten, die diese Methode anwenden, muß Raum für eine Kostensenkung bestehen.Während die maximale motorische Eigenschaften ist der Schlüssel.

Welches hat eine höhere Bremsgenauigkeit - ein Schrittmotor oder ein Servomotor?

Kundenanfrage: Suchen Sie nach einem Motor mit guter Bremsgenauigkeit.

Annahme: Der Wechselstromservomotor der Baureihe NX ist mit einem 20-Bit-Encoder ausgestattet, daher sollte er eine feine Auflösung und eine gute Bremsgenauigkeit aufweisen.

Zunächst ist der Unterschied zwischen Auflösung und Stoppgenauigkeit zu klären: Auflösung ist die Anzahl der Schritte pro Umdrehung und wird auch für Schrittmotoren als Schrittwinkel bezeichnet.Es ist notwendig, wenn man bedenkt, wie genau die erforderliche Positionierung sein mussDie Stoppgenauigkeit ist der Unterschied zwischen der tatsächlichen Stoppposition und der theoretischen Stoppposition.

Bedeutet dies, dass der mit einem hochgenauen Encoder ausgestattete Wechselstromservomotor eine bessere Bremsgenauigkeit hat als die Schrittmotoren?
In der Vergangenheit gab es kein Problem mit dem Konzept, dass die "Stoppgenauigkeit von Servomotoren gleich der Encoder-Auflösung innerhalb von ±1 Pulsen ist".Die neuesten Servomotoren sind mit dem 20-Bit-Encoder ausgestattet (1,048Der Anschluss an den Anschluss wird durch die Anschlussfunktion des Anschlussgeräts und die Anschlussfunktion des Anschlussgeräts ersetzt.Das Konzept der Haltegenauigkeit hat sich leicht verändert..
Nach den Vergleichstabellen ist die Bremsgenauigkeit zwischen Schrittmotoren und Wechselstromservomotoren nahezu gleich (±0,02o ~ 0,03o).Die Genauigkeit hängt von der mechanischen Präzision des Motors ab, so daß, wenn die Haltposition je 7,2° erfolgen kann, die Positionierung stets durch die gleichen kleinen Zähne am Rotor erfolgt, je nach Motorstruktur.Dies ermöglicht eine weitere Verbesserung der Haltegenauigkeit.
Schrittmotoren können jedoch je nach Last- und Drehmomentwert einen Verschiebungswinkel erzeugen.AC-Servomotoren können eine größere Jagdbreite als Reaktion auf Gewinnanpassungen habenAus diesen Gründen ist Vorsicht geboten.

Vergleich der Stoppgenauigkeit zwischen Schrittmotoren und AC-Servomotoren