Подключение шпинделя к блоку питания

Обновлено: 07.07.2024

Самая распространённая ошибка новичков в деле ЧПУ обработки - это неправильное подключение оборудования к электросети.

Вроде бы ничего особенного, но от этого зависит стабильность работы этого высокоточного оборудования.

Сейчас кратко опишем схему подключения, которая позволит вам с лёгкостью начать работать на вашем станочке и обезопасит его от нежелательных проблем.

Стабилизация и защита от скачков напряжения

Комплект станка чпу это 2 устройства, которые нужно обезопасить:

Управляющий компьютер
Блок управления станком

Как правило стандартные бюджетные станки и компьютер к нему потребляют, в зависимости от мощности двигателей и фрезерного шпинделя, около 500-1000 Ватт. Поэтому вам достаточно на входе к этим устройствам поставить недорогой стабилизатор напряжения дот 1000 до 2000 Ватт (в магазине они стоят от 2000 до 5000 т. р.) Стабилизатор напряжения позволит вам избежать просадки и скачков напряжения (особенно в гаражах и пром помещениях, где могут проходить сварочные работы или включение и выключение мощного оборудования).

Но для полной стабильности этого будет маловато.

Дело в том, что недорогие стабилизаторы имеют при переключении обмоток трансформатора некоторую задержку, что может вызвать кратковременное отключение питания. А ставить дорогие не является целесообразным решением, потому что они дорогие и нам всё равно потребуется ещё одно устройство. Далее узнаете для чего.

В случае с компьютером кратковременное отключение питания не так страшно. При его выключении, команды больше не посылаются и станок никуда не двигается и не портит деталь. После перезагрузки можно легко продолжить работу с того же места. Зачастую в компьютерах стоят конденсаторы большой ёмкости на входе и они сглаживают миллисекундное отключение питания.

А вот с питанием двигателей станка другая история, при кратковременном сбое, питание тоже пропадает с обмоток двигателей и с плат опторазвязки или контроллеров, что приводит к потере сигналов от управляющего компьютера и некотором сдвиге нашей программы. К тому же двигатели чпу станков имеют очень важный момент - даже когда не двигаются, они включены и удерживают свои оси в неподвижном состоянии. Если же они отключаются, то оси разблокируются и фреза, цепляя материал по энерции, начинает тянуть в сторону оси, портя заготовку и возможно ломаясь.

Так же есть ещё момент, связанный с качеством нашей электросети - она очень грязная. Стабилизатор особо не фильтрует помехи. Да и установка фильтров на вход не спасёт ситуацию (хотя не лишне будет). Хорошие сетевые фильтры стоят достаточно дорого. Помехи в сеть ещё посылает и наш с вами управляющие компьютер кстати, который стоит уже после стабилизатора.

Фильтр сети представляет из себя конденсаторы большой ёмкости и дроссели (катушки индуктивности), которые гасят всплески колебаний и восполняют провалы (простым языком).

Но нас интересует ещё одна проблема - отключение питания на достаточно продолжительный срок (очень часто встречается). При этом наш блок управления станком ведёт себя точно также как и при кратковременном отключении - ломает фрезу или портит заготовку.

Источник бесперебойного питания для чпу

Вот тут вступает в игру наш главный герой - источник бесперебойного питания (UPS).

Первая схема подключения

После стабилизатора мы ставим один бесперебойник на управляющий компьютер и второй на блок управления станком (учтите, что в этом случае питание фрезерного шпинделя тоже нужно подключать через него, если частотный преобразователь не встроен в блок управления, иначе фреза остановится, а станок продолжит движение и сломает её). Всё это позволит вовремя остановить станок.

Вторая схема подключения

Можно не ставить бесперебойник на сам компьютер. Компьютер выключится и не будет подавать сигналы на движение, моторы остановятся и продолжат удерживать оси в неподвижном состоянии. Шпиндель тоже остановиться, так как обычно он управляется компьютером (если же шпиндель управляется в ручном режиме, то его тоже следует подключать без бесперебойника, чтобы сработала защита и он выключился). Такой способ интересен если вы не находитесь рядом со станком (например при долгой 3д обработке, хотя это очень опасно, но реально).

Дополнительный плюс бесперебойника

По своей схемотехнике даже недорогие источники бесперебойного питания имеют очень быстрое переключение на питание от батареи, что практически не заметно, в отличии от стабилизаторов и не несёт никакого вреда рабочему процессу. Так же они очень хорошо чистят электросеть, выступая своеобразным фильтром (о чём мы говорили ранее, поэтому сам фильтр нам особо не нужен). На блок управления станком поступает практически идеальная синусоида, что тоже положительно сказывается на работе двигателей.

Третья схема подключения

Очень часто встречается, что сам фрезерный шпиндель передаёт в сеть и соответственно на блоки управления двигателями (плата - драйвер) сильные помехи. Заземление, которым снабжён станок и блок управления, может не помочь (вообще заземление это дело субъективное и как правило не стабильное. Зачастую в сети оно вообще отсутствует). Поэтому сигналы подходящие на двигатели могут быть не стабильными, что вызывает шаговый сдвиг и плохую повторяемость действий.

В этом случае мы рекомендуем подключить станок как по первому или второму варианту, но сам фрезерный шпиндель и частотный преобразователь либо просто после стабилизатора (до бесперебойника, чтобы он отфильтровал помехи), либо через отдельный. Лучше конечно "без" и компьютер тоже, чтобы он останавливался при отключении электроэнергии, а станок оставался неподвижно. Частотнику особенно не важно кратковременное отключение питания. У него как правило стоят на входе конденсаторы большой ёмкости, которые сглаживают просадки в десятки миллисекунд.

Всем привет.
Предыдущей обзор был посвящен сборке рамы и механике нового станка.ЧПУ
Теперь данный проект вошел в рабочую стадию. Станок отлично справляется со сверлением и обрезкой печатных плат, вырезанием элементов корпусов из фанеры и пластика. Хотелось бы сделать цикл обзоров по наиболее интересным узлам данного станка. Этот обзор хочу посвятить комплекту мотора шпинделя, который мне очень понравился.

Характеристики

Мотор постоянного тока с воздушным охлаждением
Заявленная максимальная мощность: 300Вт
Скорость вращения: 3000-12000RPM
Максимальный крутящийся момент: 0.23Н*м
Максимальное напряжение питания: 48В
Диаметр: 52мм, длина 180мм (с патроном и вентилятором)
Патрон для фрез: ER11
Комплект: Мотор, алюминиевый кронштейн с крепежом, блок питания с регулировкой оборотов, гайка и набор цанг для ER11

Ось Z моего станка собрана на линейных подшипниках SCS12 и ШВП SFU1204. Рама из фанеры 12мм (временно)

Подробнее про сборку механизма оси Z можно посмотреть видео в конце обзора

Сборка остальной механики описана в моем предыдущем обзоре
Мотор установлен и можно переходить к его испытанием

Испытание мотора

Для визуального контроля за оборотами двигателя был изготовлен небольшой прибор на Atmega328 и простейшем сенсоре с ИК диодами. (Потом напишу отдельный обзор по этому устройству)

Подав сигнал на вход этого прибора с тестового генератора, убедился в правильности показаний

Сенсор реагирует на кусочек фольги, приклеенный к валу шпинделя

Фольга дает «дребезг» который убирается программно. Кроме счетчика оборотов «тестовая лаборатория» cjlth;bn два мультиметра — цифровой, прибор измерения мощности переменного тока и стрелочный для измерения тока и напряжения и осциллограф

Подключаем мотор к блоку питания, выставляем минимальные обороты — мотор не крутится. Напряжение на выходе БП около 1В.
При повороте ручки градусов на 15 и напряжении около 5В мотор начинает неспеша и почти бесшумно вращаться.

Добавляем оборотов

Максимальные обороты менее 11000. Прибор показывает около 40В напряжения

Ток на максимальных оборотах чуть меньше 1А

Потребляемая мощность блоком питания от сети переменного тока 54Вт
Здесь дело не в КПД блока питания, а в сложной форме импульсов на выходе. Меняется частота и скважность

и даже форма сигнала

Прибор VC97 не умеет мерить True RMS, поэтому при такой форме сигнала показывает непонятно что. Будем считать, что мощность мотора на холостом ходу при максимальных оборотах составляет 40-50Вт
Ток при блокировке двигателя мы мерить не будем, а лучше померим сопротивление обмотки — 2.4 Ом

Ток при блокировки и напряжении на обмотке 48В составит 20А.
Забегая вперед скажу, что при увеличении нагрузки на шпинделе обороты практически не падают, а ток растет. Похоже, что черный кирпич в блоке питания совсем не прост и умеет поддерживать обороты.
При минимальных оборотах рукой остановить двигателя практически невозможно

Немного тюнинга

Люблю когда светло )))
Для освещения рабочего стола станка прямо на шпиндель сделал плату с 6-ю светодиодами 5730

На ней же разместил инфракрасный сенсор для измерения оборотов

Вывел подсветку на отдельный выключатель — красота

При работающем моторе на станке начались чудеса — светодиоды начинали мерцать и довольно ощутимо без подачи питания при работающем моторе. Моя платка работала как маленький генератор
Но хуже всего было с датчиком оборотов. В проводах от сенсора до контроллера было столько помех, что показывал он все что угодно, а не обороты.
Решением стало размещения контроллера оборотов в непосредственной близости от сенсора.

Теперь счетчик оборотов работает как нужно и, в принципе, не очень актуален. Можно у потенциометра сделать разметку и это было бы достаточно для работы. Если сломается — чинить не буду )))

В работе

Панель управления станком выглядит так. Большой красный тумблер — включение шпинделя, дальше счетчик оборотов и выключатель подсветки. Вольт-амперметр показывает непонятно что (еще хуже чем мультиметр)
Счетчик оборотов вынесен непосредственно к двригателю

Вот и весь станочек

Режем фанеру

Сверлим печатную платку фрезой 0.8мм

Охлаждения мотора вполне справляется — при той нагрузке, что давал, мотор не нагревается больше 40С. Еще и стружку сдувает с рабочей поверхности

Вибраций при работе у шпинделя практически нет. Патрон сидит как литой, фреза не шелохнется.

Пора подводить итог

Мотор шпинделя с регулировкой оборотов безусловно нашел свое место на моем станке. При резке фанеры 6мм ток почти не растет. (Толще пока не пробовал — нету фрез). Дорого или нет — решать конечно вам, но комплект стоит рассмотреть при создании хоббийного станочка ЧПУ. По сравнению с предыдущим станком, у которого моторчик был 80Вт и останавливался в чем только мог — это отличный мотор.

Удобный комплект — все что нужно. Мотор, патрон, кронштейн и блок питания
Мотор достаточно тих в работе (по сравнению с 80-ваттным)
Хороший блок питания с регулировкой оборотов
Хорошая мощность, вполне достаточная для моих задач
Низкая вибрация. Достаточное охлаждения (при средней нагрузке)

Много помех от мотора с блоком питания
Обороты слегка не дотягивают до заявленных 12000

Современное оборудование отличается не только точностью и способностью работать с широким спектром материалов, но и высокими темпами обработки.

Прочная станина и оснастка станков рассчитаны на форсированную скорость подачи инструмента, что позволяет многократно увеличить темпы производства. В зависимости от твердости материала заготовки, оптимальный режим реза будет сильно отличаться, поэтому большинство станков рассчитано на работу в широком скоростном диапазоне. К примеру, шпиндель фрезерного оборудования может вращаться со скоростью до 36 тыс. об/мин., однако, резкие переходы между скоростями могут привести к потере качества обработки и преждевременному износу оборудования.

Чтобы исключить подобные проблемы, к шпинделю подсоединяется инвертор (или частотный преобразователь) – специальное устройство, которое контролирует плавное изменение частоты вращения в заданных пределах. Процесс подключения шпинделя к инвертору достаточно прост, но требует четкого следования инструкциям.

Как подключить шпиндель к частотному преобразователю (ЧП)

Для подключения устройства необходимо снять крышку передней панели и подсоединить провода к клеммам под ней – для этих целей обычно используется трех- четырехжильный кабель в гибкой оплетке. К клеммам R, S, T подводится питание, к U, V, W подключают провод шпинделя.

Важно: прежде, чем подсоединить к частотнику сам шпиндель, необходимо произвести программирование инвертора, в противном случае устройство может выйти из строя (для того, чтобы двигатель сгорел, достаточно 30 сек.).

Программирование инвертора

Всего в преобразователе порядка 180 пунктов настроек, но для первичного запуска достаточно запрограммировать наиболее важные:

сигнал на запуск и остановку (Pd001 – выставить 0);

сигнал для изменения частоты (Pd002 – 1);

максимальный параметр частоты (Pd005 – по умолчанию 400, но выставлять следует по характеристикам шпинделя);

базовая частота (Pd004 – 400);

текущая частота (Pd003 – по умолчанию этот параметр тоже выставлен на 400, но для тестового запуска желательно изменить его на 100, в дальнейшем тоже выставить по характеристикам устройства);

частота промежуточная (Pd006 – 2,5);

значение min частоты (Pd007 – 0,5);

max напряжение (Pd008 – 220);

промежуточное напряжение (Pd009 – 15);

min напряжение (Pd010 – 7 или 8);

ограничение min частоты (Pd011 – 50/100/130 – зависит от предполагаемых работ за станком);

интервал разгона шпинделя (Pd014 – по умолчанию выставлено 20, но можно снизить до 10);

интервал торможения шпинделя (Pd015 – 20);

номинальное питание шпинделя (Pd141 – 220);

номинальный ток шпинделя (Pd142 – 5/8/10 – данный параметр выставляется в зависимости от характеристик двигателя. Рекомендуется вводить 80% от номинала для срабатывания защиты при перегрузке);

количество полюсов шпинделя (Pd143 – 2);

передаточное отношение (Pd144 – 3000).

На этом базовое программирование частотного преобразователя можно считать законченным. Нежелательно менять последовательность выставления настроек или пропускать их, так как большинство параметров взаимосвязано друг с другом.

После того, как инвертор полностью настроен, к нему можно подключать шпиндель и проверять его работу. Для тестового ознакомления достаточно 10 минут – за это время можно убедиться, что при вращении ротора нет посторонних шумов, а сам двигатель не перегревается.

у меня другая проблемма также подключено как только запускается шпиндель так связь с компом прерывается отваливается порт не пойму в чем причина либо помехи наводки либо программа старый шпиндель ставишь нормально всё

Андрей, дак потому что происходит дёрганье блока питания шимом от того могут быть и помехи и блок питания может умереть. Регулировать нужно по входу мотора а не блока питания

Андрей, вот такая схема возможно будет работать только надо правильно подключить.

Сергей, да Вы правы по питанию через реле работает но постоянно будет питание то включатся то выключатся это не верно какой выход? что-то колхозить хотелось бы чтобы кнопка запуска шпинделя в программе была активная

Сергей, эту же реле не посредственно к движку или не через мосфет а управляющий семистор

Сергей, чтобы схему сделать от мат платы куда подключается родной шпиндель775 на колодке 24 вольта это нужно минус на движке разорвать семистором не получится если он откроется то он и будет открытым нужно чтобы закрывался

Сергей, схемы нет на 500 шпиндель у меня без +10 и-10 колодки видемо это управление

Андрей, не понял зачем симистором минусы разрывать, минус с колодки платы управления соединяется с минусом блока питания шпинделя, плюс с платы управления управляет полевым транзистором (или как щас модно мосфетом) через резистор, плюс с полка питания шпинделя на полевик а с полевиков на шпиндель. Управление шпинделем на БП выкрутить на полную вот и все дела.

Андрей, схема включается в вместо переменного резистор на блоке питания только наминалы нужно пересчитать резисторов в схеме

Читайте также: