Schrittmotor vs. DC/AC Servomotor

[Mr Bean]

Hallo

Ich hab mich gerade mal mit den CNC Fräsen beschäftigt die hier im Forum so vorgestellt werden. Es wird fast immer mit Schrittmotoren gearbeitet. Bei uns im Geschäft haben wir immer Servomotoren verwendet. Sind die nicht besser geeignet, da Schrittmotoren Schritte verlieren können? Ein Grund ist glaube ich dass die Servomotoren meist teurer sind. Aber wüsste da gerne noch eure Meinung.
Außerdem würde mich interessieren was man für Motoren braucht um eine kleine Fräse aufzubauen. Möchte auch dünnes Alu fräsen (Frontplatten). Wie kann ich das berechnen? Mit dem Haltemoment etc?
Außerdem ist die Steuerung bei Servomotoren ja anders. Hier schaltet man wenn ich das richtig weiß den Motor ein und zählt dann die Schritte die vom Encode kommen. Ist das Richtig so? Man muss dann eben den Motor abschalten wenn die Soll-Schrittzahl erreicht ist. Gibt es hierfür auch fertige Bausteine? Mann muss da ja auch mit Anfahrrampen und Abbremsrampen arbeiten...
Vielen Dank im Voraus!

Grüße!!

Bean

[sigo]

Hi Beam,

Schrittmotoren sollten natürlich so dimensioniert werden, dass sie eben keine Schritte verlieren. Das hat zur Folge, dass man dann einen guten Teil der Motorleistung für die Reserve braucht.

Servomotoren haben natürlich das Problem des Schrittverlustes nicht, sind aber teurer und brauchen eine aufwändigere Ansteuerung bzw. Lageregelung - und sie brauchen ein Getriebe. Das Getriebe muss spielarm sein, wenn man genau arbeiten möchte, und damit wird es dann auch teuer. Und meist bauen Servoantriebe auch länger, da sie noch einen Ecoder, ein Getriebe und machmal sogar eine Haltebremse brauchen. Das alles braucht ein Schrittmotor ja nicht.

Ich persönlich bin ein Fan von Servoantrieben, aber es kommt auf die ANwendung an.

Zur Regelung: Servomotoren werden mit einem Servoregler betrieben, der mind. ein PD oder PID - Regler ist. Es gibt auch mehrstufige Regelungen, das würde hier aber zu weit führen..

Fertige Regler:
Es gibt ein paar - schon etwas in die Tage gekommene - Chips, die einem die komplette (!!!) Regelung, Rampenerzeugung und Positionierung abnehmen, zumindest für trapezförmige Punkt-zu-Punkt-Bewegungen:

1. LM 628 bzw. LM 629 von National Semiconductor (sehr einfach in der Anwendung)
2. HCTL-1000 von HP (heute wohl dann Agilent oder so?)

Diese Chips haben den kleinen Nachteil, dass sie ca. 25 EUR aufwärts kosten und für heutige Verhältnisse etwas viel Strom aufnehmen. Dafür nehmen sie einem sehr viel Programmierarbeit ab. Sie stammen aus Zeiten, in denen 8051 und Co - Microcontroller das leistungsmäßig noch nicht wirlich konnten.

Ich selbst habe hier eine (fast) vergleichbare Anwendung auf einem ATtiny2313 laufen. Der macht dann ebenfalls die komplette Servoregelung sehr dynamisch. Soeben habe ich eine PLatine fertiggestellt, die einen solchen Controller mit einem L6205 Endstufen-Chip enthält. Diese wird (hoffentlich) dann Antriebe bis ca. 40V / 4 (5,6) A ansteuern können.
Sobald die Platine getestet und lauffähig ist, werde ich das irgendwo hier im Forum posten und dann bei Interesse mal eine Kleinserie auflegen.

Der Regler selbst ist übrigens schon getestet und funktioniert ziemlich gut mit dem L6205 (oder auch anderen SCHNELLEN Endstufen, die 20-30kHz PWM können) zusammen.
Falls du Interesse an dem reinen geproggten Chip hast, melde dich doch per PN. Die Schnittstelle ist RS-232 @ 38,4kHz. (Wahlweise auch andere Baudrate). Einfach nach der Parametrierung des Reglers ein Kommando "zurufen" und der Motor fährt punktgenau dahin und bleibt dann in der Lageregelung stehen.

Sigo

[ManuelB]

Getriebe sind meiner Meinung nach in Fräsanwendungen für die Achsenbewegungen nicht erforderlich. Die Spindeln müsste dann halt entsprechend dimensioniert werden um die Drehzahlen umsetzen zu können.

MfG
Manu

[Mr Bean]

Morgen!

Vielen Dank für die ausführliche Stellungsnahme @sigo! Also ich bin gerade noch in Peters CNC Ecke unterwegs. Da werden die CNC Maschinen auch oft mit Servomotoren gebaut und diese ohne Getriebe verwendet. Ich bin von der Theorie eigentlich auch eher von Servomotoren überzeugt, außerdem denke ich dass nicht umsonst bei uns im Geschäft eigentlich zur Servomotoren verwendet werden um CNC Antriebe oder sonstige Antriebe auszurüsten.
Ich möchte mir halt demnächst eine kleine Fräse bauen. Weiß jetzt aber nicht wonach ich die Schrittmotoren auslegen müsste. Bzw. Wie ich das berechnen kann. Soll schon ein recht verwindungssteifes/schweres Gestell werden, da ich auch Alu Frontplatten fräsen möchte. Außerdem würde mich noch interessieren wie die Berechnung dann aussehen würde wenn ich das Ganze doch mit Servomotoren versuchen würde... Könnt ihr mir da weiter helfen?

Grüße!!

Bean

[ManuelB]

Nach Felix Schörlin erfolgt die Auslegung eines Schrittmotors wie folgt:

-Bestimmung der Massen und Trägheitsmomente aller zu bewegenden Teile
-Berechnen der Beschleunigung aus dem gewünschtem zeitlichen Verhalten
-Berechnen der auftretenden Kräfte aus Massen, Trägheitsmomenten und den Beschleunigungen
- Transformieren der Kräfte und Geschwindigkeiten unter Berücksichtigung der Wirkungsgrade und Unter-/Übersetzungen
- Berechnung des erforderlichen Drehmomentes an der Welle
- Ergebnis + 20-30% Reserve

Bei Servomotoren würde ich jetzt einfach davon Ausgehen, dass die Reserve kleiner ausfallen kann, da es hier durch die Lageregelung bzw. Lagerückmeldung normalerweise nicht zu Schrittverlusten kommen kann.

MfG
Manu

[CNC]

sorry wenn ich auf ein anderes Forum verlinke, aber ich denke dass es auf alle Fälle lesenswert ist:
Auslegung von Antrieben mit Kugelrollspindel

[sigo]

Getriebe sind meiner Meinung nach in Fräsanwendungen für die Achsenbewegungen nicht erforderlich. Die Spindeln müsste dann halt entsprechend dimensioniert werden um die Drehzahlen umsetzen zu können.

MfG
Manu

Je nach Anwendungsfall kann es schon passen. Aber Servomotoren drehen oft ca. 3-10x schneller als Schrittmotoren, dann braucht man oft ein Planetengetriebe.

Sigo

[Mr Bean]

Hallo

Vielen Dank für eure Antworten! Wie gesagt lese ich mich ja grad noch in der CNC Ecke durch. Wenn ich noch genauere Fragen zu dem Antrieb meiner Fräse habe werde ich es wohl dort mal versuchen.
Bin nach wie vor noch überzeugt von Servomotoren. Werde aber wohl auch im ersten Zuge Schrittmotorren verwenden, da sie einfach billiger und leichter anzusteuern sind.

Grüße!!

Bean

[sigo]

Bean, hast du zufällig einen guten Link zur CNC / NC Sprache bzw. den Kommandos?

Ich muss sie jetzt meinem Servoverstärker beibringen. Der kann zwar schon schöne Punkt-zu-Punkt fahrten mit einstellbarer Beschleunigung und Drehzahl, bzw. Position, aber ob das so normgerecht ist, weiß ich nicht (mehr).

Gruß Sigo

[Mr Bean]

Hallo

Kann Dir da leider nicht weiterhelfen. Kenne zwar einige Befehle noch von der Schule, hab aber keine passende Doku zur Hand. Kannst ja mal googeln, da findest bestimmt was.

Grüße!!

Bean