Spesso mi viene chiesto quale drivers o azionamento é piu indicato per questa o quella applicazione, e spesso afflitto da dubbi relativi alla risposta da dare, mi perdo in scambio di mail per chiedere informazioni sulla meccanica da rendere CNC per consigliare il driver piu adatto.
Questo mini manuale vuole essere un chiarimento per quanto riguarda alcuni aspetti da tenere in considerazione riguardo parte elettronica da utilizzare come azionamento per i motori passo passo , ovviamente il tutto per quegli utenti che hanno voglia di leggere é imparare sopratutto a non prendere fregature e vedere funzionare bene e al costo giusto !! la propria macchina CNC, pantografo fresa o tornio che sia.
Partiamo da qualche considerazione generale per quanto riguarda i driver o azionamenti da utilizzare per pilotare i motori a passo..
Si suddividono in due grandi categorie:
Anche questi suddivisi in ulteriori sotto categorie
Vantaggi degli azionamenti monopolari semplici (non PWM):
Svantaggi:
Faccio un esempio banale, abbiamo un motore a passo che ha queste caratteristiche; 200 passi giro - corrente di fase 2A DC - frequenza massima di rotazione 2000 RPM quindi 2000/60 sec = 33,3 giri al secondo che contati in passi sono 6660 step al secondo !
Essendo la curva di coppia del motore di questo tipo (tipica anche per i motori bipolari anche se i costruttori la curva reale difficilmente la rendono nota al pubblico e spesso pubblicano solo quella ideale !), ovviamente da motore a motore la curva di coppia cambia e in alcuni casi il calo di coppia puo manifestarsi in maniera meno evidente o meno pronunciata , ma vi assicuro che non ho mai provato un motore che in monopolare non abbia manifestato cali di coppia a determinate velocita !. anche motori blasonati e da molti ritenuti trai i migliori sul mercato.
Avremo a circa 2500 step/sec un azzeramento della coppia, con cali notevoli a 2000 e 3800 circa.
Se intendessimo controllare una pantografo fresa con un simile sistema monopolare di controllo motori avremmo certamente perdite di passi a certe velocita di movimento o altrimenti dovremmo limitare pesantemente la velocità operativa della macchina.
Vantaggi degli azionamenti monopolari PWM:
Le cose vanno un tantino meglio con i drivers monopolari con controllo PWM della corrente, ma la coppia erogata dal motore e sempre inferiore di un 45% rispetto a quella che potrebbe erogare con un pilotaggio bipolare, la semplicita di progettazione permette un loro utilizzo anche in applicazioni dove le potenze in gioco rendono antieconomici i driver bipolari.
Aldilà di quella che é la tecnologia costruttiva vi basti sapere chè anche questi drivers si suddividono in tre sottoclassi:
La seguente tabella riporta la coppia di tenuta erogata da un motore in base al tipo di pilotaggio con cui viene azionato.
Come chiaramente visibile, per aplicazioni dove e richiesta una coppia decente le sole modalità possibili per pilotare un motore a passo sono quelle a 1:1 passo intero (full step) e 1:2 mezzo passo (half step) oltre questa suddivisione del singolo passo motore la coppia erogata ad esempio in modalita 1:4 o 1/4 di passo diventa esageratamente bassa, ed un motore da 3 Amper RMS si trova ad avere le stesse prestazioni di uno da 1 Amp !!! come coppia di tenuta erogata , mentre la coppia in rotazione sicuramente diventa ancora piu bassa .
A questo punto qualcuno potrebbe obiettare , si ma con un azionamento microstep a parte la perdita di coppia, però aumento la risoluzione della mia macchina !.
La riposta potrebbe essere questa:
Un motore bipolare da 200 passi giro non supera mai un 5% di precisione di posizionamento sul passo intero ! questa tolleranza é sempre uguale anche se il motore viene pilotato a 1/4 o 1/8 di passo, a questo punto il 5% di errore diventa una tolleranza troppo elevata per poter dire di avere un vantaggio dall'aumento di risoluzione nel movimento motore.
Se necessita aumentare la risoluzione di lavoro macchina é sempre meglio demoltiplicare meccanicamente la rotazione motore tramite demoltiplica a pulegge e cinghie di precisione, che oltretutto incrementa la coppia di azionamento sull'asse interessato !.
Qui vengono le note dolenti, perchè spesso chi si accinge a costuire una macchina CNC fresa o tornio che sia, lo fà perche in possesso già di motori a passo spesso recuperati da qualche stampante o altra macchina da ufficio.
Il miglior consiglio che posso darvi é, se volete provare a vedere girare i motori soltanto per la voglia di smanettare, allora quasiasi motore va bene, purche eroghi una coppia sufficiente, ma sè volete realizzare una macchina cnc capace di lavorare come si deve, allora l'utilizzo di motori con buone prestazioni e sopratutto linearità di coppia anche a velocita sostenute e imperativo, la spesa per buoni motori VS/ spesa per buoni drivers incide in ragione di 1:1 sulle prestazioni finali del sistema.
I drivers da 2,4 Ampers fase come BEE HOBBY e BEE QUAD vanno piu che bene per rendere CNC piccoli torni o pantografi per lavorazioni leggere o medio pesanti come fresatura di balsa o legno, incisioni superficiali di metalli teneri" alluminio e simili " o materie plastiche.
I drivers da 5 Ampers fase (4A RMS) come la serie BEE PLUS servono sopratutto per lavorazioni pesanti con pantografi medio grandi e pesi notevoli da spostare.
Considerate che drivers microstep dati come 7 Amper fase, molto conosciuti nel mondo hobbistico USA, come corrente RMS reale erogano massimo 4,99A in modalita passo intero ! e costano 110 dollari per un solo asse " 130€" + spese di spedizione e senza una opportuna interfaccia per il PC di controllo.