Hastighet och vridmomentskrav på servomotorer för CNC-bygge

[ziwwie]

Hej,

planerar att bygga min första CNC-maskin och har några nybörjarfrågor
Tanken är att använda Teknic ClearPath servomotorer i SD serien. Det finns inte bara en att välja på så därför behöver jag hjälp att välja.
Jag har tänkt att använda dem till en maskin med 2450x 1200 mm arbetsyta där jag ska kunna fräsa aluminium utan några problem.

Så mina frågor är:

1. Vad behövs när det gäller motorhastighet? Givet är att högre hastighet ger en snabbare maskin men vad är lagom?
2. För mitt användningsområde, vilket vridmoment i oz-in kontinuerligt behövs? Givet här är att ett högre vridmoment medför en lägre högsta hastighet men vad är lagom?

Med vänliga hälsningar

Stefan

[H.O]

Vad tänker du dig för konstruktion, dvs remdrift, kuggstång, kulskruv?
Motorns specifikation beror ju till stor del på ovanstående. Kör du med skruv behöve du generellt sett högre varvtal och lägre moment än om du kör med t.ex kuggstång där du inte får samma "utväxling" som med skruvdriften men å andra sidan behöver inte motorn rotera lika fort.

För en så pass stor maskin skulle jag sikta på en snabbmatningshastighet på minst 10m/min, 20m/min är nog att föredra. Om du tänker dig 20m/min och kulskruvar med 20mm stigning måste skruven rotera med 1000rpm, om du har en remtransmision på 2:1 mellan motor och skruv måste motorn rotera med 2000rpm.

Momentet är svårare och jag har ingen bra modell att ge dig, men det kanske någon annan har. Även här beror det såklart på en MASSA olika faktorer som maskinkonstruktion, vikt och tröghetsmoment på det som ska flyttas, hur snabbt du måste accelerera, om du ska köra 2mm pinnfräsar genom 2mm aluminiumplåtar (vilket det av maskinstorleken att dömma verkar som du avser) eller 20mm pinnfräsar i stora aluminiumblock osv.

[ziwwie]

Hej H.O, och tack för ditt snabba och tydliga svar!

Vad tänker du dig för konstruktion, dvs remdrift, kuggstång, kulskruv?
Motorns specifikation beror ju till stor del på ovanstående. Kör du med skruv behöver du generellt sett högre varvtal och lägre moment än om du kör med t.ex. kuggstång där du inte får samma "utväxling" som med skruvdriften men å andra sidan behöver inte motorn rotera lika fort.

Utelämnade den delen med avsikt för att jag inte är säker på vilket jag ska använda just med tanke på vad du skriver.

För en så pass stor maskin skulle jag sikta på en snabbmatningshastighet på minst 10m/min, 20m/min är nog att föredra. Om du tänker dig 20m/min och kulskruvar med 20mm stigning måste skruven rotera med 1000rpm, om du har en remtransmission på 2:1 mellan motor och skruv måste motorn rotera med 2000rpm.

De motorer jag har tittat på har ett varvtalsspann mellan 1090 och 4000 rpm och beroende på val av rem/kuggstång/kulskruv så skulle alla dessa fungera enligt ditt exempel ovan.

Momentet är svårare och jag har ingen bra modell att ge dig, men det kanske någon annan har. Även här beror det såklart på en MASSA olika faktorer som maskinkonstruktion, vikt och tröghetsmoment på det som ska flyttas, hur snabbt du måste accelerera, om du ska köra 2mm pinnfräsar genom 2mm aluminiumplåtar (vilket det av maskinstorleken att döma verkar som du avser) eller 20mm pinnfräsar i stora aluminiumblock osv.

Maskinstorleken är tänkt för att dels kunna hantera hela skivor i olika trämaterial men även, som du nämner, större plåtar i tunnare aluminium. Önskvärt vore att även, i alla fall initial, kunna bearbeta tjockare aluminiumstycken/block. De motorer jag tittat på ligger i intervallet 57/192)-478/1844 (konstant/topp) oz-in.

Motorerna jag har tittat på är någon av dessa.

Kompletterande frågor:

1. För mitt användningsområde, vilken av rem/kuggstång/kulskruv passar bäst? Vad är för och nackdelarna med respektive?
2. För att min tänkta funktion, inom vilket intervall av vridmoment ska jag hålla mig?

Med vänliga hälsningar

Stefan

[H.O]

Remdrift och är vid en första anblick relativt billigt, effektivt och enkelt att få till men kräver en motor med lågt varvtal, högt moment (det är nog lämpligare med stegmotorer än med servon). Om du sätter remhjulet direkt på motorn och hjulet har en effektiv diameter på ~32mm (inte speciellt stort) så rör sig maskinen 100mm per motorvarv. Om du ska ha 20m/min "räcker" det med att motorn gör 200rpm. Om du då sätter dit en motor som har ett märkvarvtal på ~1000rpm "slösar du bort" 4/5 av dess kapacitet. Lösningen blir då att sätta en transmision mellan remhjulet som driver maskinen och motoraxeln så att du utnyttjar mer av motorns varvtal och samtidigt får upp momentet. Detta gör det mer komplicerat och dyrare, adderar glapp och osv.

Kulskruv är extremt effektivt (~90% verkningsgrad) men relativt dyrt. Det är dock lättare att utnyttja motorns varvtal till ens fördel. Vid långa sträckor (som är fallet här) tillkommer dock andra problem.

Om jag skulle bygga en seriös maskin i den här storleken skulle jag välja kulskruv. Stationär uppsträckt skruv, minst 25mm i diameter, med roterande mutter för den långa axeln och på vanligt sätt för den korta. 20mm stigning enligt tidigare och sedan motorer med så lågt varv och högt moment som möjligt (1000rpm om du har det valet) vilket då ger 20m/min.

Med 20mm stigning får du ut ungefär 280N linjär kraft för varje Nm du "stoppar in" i skruven/muttern (med 90% verkningsgrad). Jag kan inte svara på hur mycket kraft det går att fräsa det ena eller det andra (dels så vet jag inte och dessutom beror det som vanligt på en MASSA olika saker (material, typ av verktyg osv osv)). Men din motor med 478oz-in (3.375Nm) skulle alltså ge en linjär kraft på nästan 1000N vilket ju är en del - och så har du topp-momentet tillgängligt för acceleration, "känns" rimligt.