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CNC-Fräse, Schrittmotor und Treiber
07.01.2016, 12:09
Beitrag #1
CNC-Fräse, Schrittmotor und Treiber
Hallo,
bin neu im Forum und grüße alle.
Mein Projekt ist eine kleine 3 Achsen Portalfräse mit beweglichem Arbeitstisch von 32x32 cm.
Angesteuert wird sie mit einem Arduino UNO.
Habe mich in die Materie reichlich eingelesen aber es kommen im Laufe des Projekts trotzdem bestimmt Fragen auf und hoffe daher hier im Forum Hilfe zu finden, für die ich sehr dankbar sein werde.
Gleich zu meiner ersten Unsicherheit.
Für die Schrittmotor-Ansteuerung will ich das V3 Expansion Board CNC Shield A4988 verwenden das ich allerdings mit DRV8825 Stepper Motor Drive Modulen mit 2,5A bestücke.
Als Schrittmotere habe ich mir NEMA23 und damit ich für evtl. Änderungen der Fräse gewappnet bin, Typen mit hohen Haltemoment d.h. mit einem Strom von 2,8 oder 3,0A vorgestellt.
Daraus ergeben sich 3 Fragen:
Was bewirkt die Stromdifferenz zwischen dem Motor und dem Treiber?
Bekommt der Motor nur weniger Strom vom Treiber und leistet dadurch weniger oder wird der Treiber überlastet und geht den Bach runter?
Die Treiber können mit 8,2-45V betrieben werden. Ist es grundsätzlich vom Vorteil die höchste Spannung auszuwählen?
Mir schwebt ein Netzteil mit 24 - 35V und 10-15A vor.
Gibt es bei den Schaltnetzteilen gravierende Unterschiede?
Habe nämlich festgestellt, daß am preiswertesten die Schaltnetzteile sind, die für LED-Ketten angeboten werden. Maßgeblich ist doch die Spannung und der Strom, oder?
Über Euere Anregungen würde ich mich freuen.
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07.01.2016, 16:00
Beitrag #2
RE: CNC-Fräse, Schrittmotor und Treiber
Danke für die erste Antwort.

(07.01.2016 14:23)Lötzinnerhitzer schrieb:  sorry, aber Dein Ansatz sollte überdacht werden:
- DRV8825 sind für die NEMA23 zu schwach

Das war mir klar, deswegen auch meine erste Frage, die Du leider nicht beantwortet hast: geht der Treiber drauf oder erreicht der Motor nur seine volle Leistung nicht?

Zitat:- Arduino Uno wird hinsichtlich seiner PIN-Anzahl an seine Grenzen stoßen (z.B. Endstop's, Notaus, Display, etc)
- die gängiste Lösung (bitte im www suchen) ist ein Mega2560 + Ramp's (in der 3d-Drucker-Szene erfolgreich eingesetzt)

Da ich auch einen Mega2560 habe, kein Problem.
Nur warum ein anderes Shield? Auch da werden vorzugsweise A4988 eingesteckt, die den gleichen Strom von 2,5A liefern, wie die DRV8825. Ansonsten habe ich bei den Ramp's etwas von max. 16V gelesen. Ist das nicht zu niedrig?
Ich will jetzt noch keine perfekte NC-Fräse bauen, sondern haupsächlich Erfahrungen mit dem Arduino sammeln. Ist mein Schield nicht ausreichend?

Zitat:- Netzteil: bei einigen LED-Netzteilen handelt es sich um Stromquellen; nimm ein übliches Netzteil (Blechkiste) und denke bezüglich der Leistung (Strom) an Erweiterungen

OK, klar, habe auch nicht die vergossenen schmalen Dinger gemeint.
Aber auch hier bist Du nicht auf meine Frage bezüglich der Spannung eingegangen. Maximal mögliche Spannung oder sind 24V evtl 35V ausreichend?
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07.01.2016, 16:49
Beitrag #3
RE: CNC-Fräse, Schrittmotor und Treiber
(07.01.2016 16:06)Lötzinnerhitzer schrieb:  Treiber: ich wollte nicht gleich sagen, das der Treiber "abraucht" - aber ggf. "Versuch macht kluch ..."

Zitat:Aber auch hier bist Du nicht auf meine Frage bezüglich der Spannung eingegangen.

darf ich das als Vorwurf werten ? (Stichworte: freiwillig, ohne Bezahlung, aus Spaß an der Freude, ....)
das sind Grundlagen der E-Technik, die Du Dir für solch ein Projekt aneignen solltest

viel Spaß noch

Tut mir leid, sollte kein Vorwurf sein nur ein Hinweis. Es ist mir klar, daß jegliche Hilfe freiwillig und uneinützig ist. Dafür bin ich auch sehr dankbar.

Grundlagen der E-Technik? Die habe ich, bin (Starkstrom-)Elektriker, aber leider kein Elektroniker.
Schrittmotoren sind auch leider mit normalen Motoren nicht zu vergleichen, wo eine feste Spannung, Strom und Leistung alles sagt.
Bei Schrittmotoren ist leider alles etwas komplexer. Habe versucht mich hier eingehend zu informieren aber sehr häufig nur auf die Beschreibung der Funktion und der Varianten, die zu verstehen kein Problem darstellt, gestoßen. Auf die genaue Beschreibung der Beziehung zwischen Spannung, Leistung, Treiberstrom und Motorstrom (Drehmoment) leider nicht.
Was raucht früher ab, der Treiber, weil er nicht genung Strom für den Motor liefert?
Oder läßt es den Treiber kalt und der Motor bekommt nur das, was der Treiber imstande ist zu liefern und damit natürlich seine Leistung nicht erreicht?
Eine höhere Spannung beim gleichen Strom bringt auch eine höhere Leistung, aber anscheinend wirkt sie sich beim Schrittmotor anders aus (Drehzahl, Dynamic?).
Wenn der Treiber höheren Strom liefert als den Motorstrom, raucht der Motor ab, weil er versucht höhere Leistung abzugeben, für die er nicht gebaut ist?
Oder nimmt er nur seinen max. Strom auf und ist ihm egal welche Reserven der Treiber noch hat?
Das sind meine Unsicherheiten, auf die ich eine Antwort gehofft habe.

Also nichts für ungut, war nur ein Hinweis worin meine Unsicherheit besteht.
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08.01.2016, 01:20
Beitrag #4
RE: CNC-Fräse, Schrittmotor und Treiber
Schrittmotoren sind eines meiner Lieblingsgebiete, deswegen will ich hier auch mal meinen Senf dazugeben. Habe auch mal eine einfache Fräse gebaut und möchte demnächst mit einer 2. Version anfangen.

Für die Größe von 32x32cm halte ich Nema 23 Motoren für überdimensioniert, Nema 17 sollte vollkommen ausreichen, selbst wenn der Aufbau recht massiv ist. Beim Fräsvorgang sollte der Vortrieb sowieso nicht zu schnell sein und im Leerlauf wirst Du damit auch gute Geschwindigkeiten erreichen.
Wie soll denn der Antrieb aussehen (Steigung der Spindeln)?

Zu Deiner Frage: Der Treiber wird nicht mehr Strom abgeben als er kann. Allerdings muss er bei Betrieb am Limit schon sehr gut gekühlt werden (Heatsink + Lüfter). Ich halte es nicht für sinnvoll, einen zu kleinen Treiber am Maximum zu betreiben. Das wird die Lebenszeit vermutlich verkürzen. Wenn du tatsächlich bei den Nema 23 Motoren bleiben willst, empfehle ich den Toshiba TB6560-Chip. Der lässt sich allerdings nicht so gut mit Ramps kombinieren.
Die Stepper können schon auch überhitzen wenn der Treiber zuviel Strom liefert, aber das passiert nicht sofort. Da kann man sich rantasten und man merkt, wenn es zu warm wird.

24V halte ich für sinnvoll, evtl. auch 36. Mit mehr Spannung lässt sich grundsätzlich schon mehr Leistung/Drehmoment aus den Motoren holen. Das wirkt sich dann auf die Beschleunigung aus. Bei der Maximalgeschwindigkeit spielt zusätzlich der mechanische Widerstand eine Rolle.

Zu Qualitätsunterschieden der Schaltnetzteile kann ich nichts sagen.

Was verwendest Du als Linearführung?
Hoffe ich konnte weiterhelfen. Halt uns auf dem Laufenden über den Fortschritt.
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08.01.2016, 10:44
Beitrag #5
RE: CNC-Fräse, Schrittmotor und Treiber
Danke für die ausführliche Antwort.

Ein paar Einzelheiten zu meinem Projekt:

Wie schon gesagt, mit meiner ersten Fräse will ich Erfahrungen sammeln und nicht unbedingt das perfekte Gerät bauen.

Die Fräse ist recht massiv aus Holz mit Schubladenführungen als Linearführung gebaut mit einfachen Gewindestangen (M8) als Antrieb. Damit alles eine gewisse Genauigkeit erreicht, habe ich darauf geachtet, daß alles ohne irgendein Spiel läuft.
Dadurch tritt bei diesen billigen Teilen eine höhere Reibung auf als bei hochwertigen Teilen.
Deswegen auch NEMA23 Motoren, die ich dann auch bei evtl. nächsten Projekt verwende.

Mein Bestreben ist, mir zu beweisen, daß auch mit den geringsten Mitteln eine gute Fräse gebaut werden kann.
Der bisherige Aufbau hat mich kpl. mit den Führungen ca. 20€ gekostet.
(Sehr gute neue Führungen vom Resteverkäufer á 1,50€ und teueres mehrschichtig verleimtes Holz ca. 60€/m² aus dem Baumarkt aus der Restekiste zu Preisen von 0,50 bis max 3,50€ je Brett.)
Somit wäre es nicht tragisch, wenn die Treiber evtl. den Geist aufgeben (eine Erfahrung mehr), die Kosten von 1,77€/Treiber sind zu ertragen.
Die Gefahr scheint aber nicht so hoch, wenn Du meinst die NEMA23-Motoren sind überdeminsioniert und werden nicht voll ausgelastet.
Das CNC Shield schlug mit 4,34€ zu Buche. Welche Einschränkungen ich gegenüber den Ramps dann hinnehmen muß, wird sich zeigen.
Die größte Ausgabe werden jetzt die 3 Motoren mit ges. 58,00€ sein.

Wenn es von Interesse ist, werde ich gerne von meinen Erfahrungen berichten.
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14.01.2016, 16:12
Beitrag #6
RE: CNC-Fräse, Schrittmotor und Treiber, GRBL-Sender
Weiter in meinem Projekt:

Die bestellten NEMA23-Motoren sind eingetroffen und ich wollte einen kleinen Test fahren.
Hierzu wollte ich mir den GRBL-Sender unter Win10 einrichten.
Die Datei UniversalGcodeSender-v1.0.5-all64 von github.com heruntergeladen
Jetzt habe ich nach dem Entpacken folgende Dateien:

README -
( Run the stand-alone distribution from the command line using:
java -jar -Xmx256m UniversalGcodeSender-all64.jar)
start.sh
start-windows
UniversalGcodeSender-all64 - gepackt, beinhaltet folgende Ordner:
binlib
com
doc
lib
main
META_INF und Dateien:
.version
OneJar.class

Jetzt suche ich schons den ganzen Tag eine Anleitung um das ganze unter Windows zu installieren.
Zig-Anleitungen gefunden wie man die grbl-Datei auf den Arduino bringt aber immer wird vorausgesetzt dass der GRLB-Sender bereits unter Windows läuft.

Mit dem Hinweis unter README kann ich auch nichts anfangen, im ganzen Paket habe ich keine .jar-Datei gefunden.
start-windows bringt nur ein extrem kurzes Aufflackern eines Fensters (Eingabeaufforderung?) und nichts weiter.

Bestimmt hat jemand von Euch bereits den GRBL-Sender installiert und wäre vielleicht so nett, mir einen Tip zu geben
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19.01.2016, 14:08
Beitrag #7
RE: CNC-Fräse, Schrittmotor und Treiber
Also aus meiner Sicht ist metrisches Gewinde nicht dafür geeignet...
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19.01.2016, 14:29
Beitrag #8
RE: CNC-Fräse, Schrittmotor und Treiber
(19.01.2016 14:08)MaHaI976 schrieb:  Also aus meiner Sicht ist metrisches Gewinde nicht dafür geeignet...

Begründung...?

Das metrische Gewinde hat bei M8 eine Steigung von 1,2mm/U. Dadurch wird der Vorshub nicht besonders shnell aber sonst?
Das Spiel zwischen der Gewindestange und der Mutter kann man eliminieren durch ein leichtes Verkanten der Mutter - natürlich nur so weit, daß sich die Reibung in Grenzen hält.
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