cnc.info.pl - FORUM CNC

Witam.
Proszę o informacje nt możliwości wymiany w mojej maszynie cnc silników krokowych na serwa dc.
Obecnie w maszynie mam zamontowane w 3 osiach silniki krokowe 3Nm + sterownik zelrp obsługujący te silniki. Oprogramowanie sterujące to Mach3.
Zastanawiam się nad modernizacją mojej maszynki poprzez wymianę powyższych krokówek na serwa dc. Niestety, jestem w tym temacie póki co bardzo słabo zorientowany. W związku z tym proszę na początek o podstawowe informacje - czy w ogóle będzie możliwość i sens zmiany obecnego napędu opartego o krokowce na opisane poniżej podzespoły.
Ogólnie pomysł zmiany napędu zrodził się w momencie, kiedy po raz kolejny złamałem frez na skutek wpadnięcia osi X w rezonans prowadzący do zablokowania się silnika. To się niestety zdarza podczas pracy mojej maszynki. Temat gubienia kroków, problemów z tym napędem itd. był już przerabiany przez jednego z kolegów z forum. Ja robię amatorsko więc do tej pory jakoś tam sobie radziłem (mniejsze posuwy krótko mówiąc).
Jakiś czas temu nabyłem sterowniki oparte o popularne układy UHU 3.0. Miały posłużyć do innego projektu ale tamten temat już wyczerpałem a elementy pozostały więc nic nie stoi na przeszkodzi, by ewentualnie wykorzystać je do podmiany. Oczywiście o ile to jest wskazane, czego chciałbym się właśnie dowiedzieć od Was na forum.
Do tego dysponuję dwoma silnikami Electro Craft o oznaczeniu E19-1. To są serwa dc o parametrach:
http://imgur.com/a/txlzZ
1) Pierwsze pytanie już w zasadzie padło - czy w ogóle jest sensowne wymieniać obecne krokowce 3Nm na posiadane przeze mnie "podzespoły": UHU + E19-1? Czy te serwa dc zastąpią z powodzeniem (wystarczająca siła działania itd) obecne silniki krokowe?
2) Problem z wpadaniem w rezonans dotyczy w zasadzie osi X oraz sporadycznie Y.
Czy w związku z tym jest możliwość wymiany, przynajmniej na początek, krokowca na serwo tylko w osi X?
Chciałbym sprawdzić jaki będzie efekt takiej wymiany zanim zaangażuję czas w wymianę kolejnego krokowca. Tyle, że nie wiem czy w ogóle jest możliwa współpraca w jednej maszynie napędów: dwóch silników krokowych z własnym sterownikiem oraz jednego serwa dc ze sterownikiem UHU? Jak pisałem wyżej, steruję pracą maszynki z komputera z zainstalowanym programem Mach3 poprzez port LPT.
3) Jeśli wymiana w jest możliwa to czy wystarczy po prostu zdjąć z osi krokowca, odłączyć go od sterownika a w jego miejsce zamontować posiadane serwo?
Czy wystarczy, że sygnały: kroku oraz dir z portu LPT, które wcześniej sterowały krokowcem osi X teraz poda się na wejścia UHU, ustawi odpowiednie parametry w programie Mach3 i zadziała?
4) Czy w takiej "łączonej" konfiguracji silników należałoby zmienić podłączenie krańcówek, e-stop itd?

Będę wdzięczny za powyższe, wstępne wyjaśnienia.
Jeśli byłyby potrzebne jakieś dodatkowe informacje o mojej maszynie to je podam. Ona ma pole robocze 500x700mm a osi Z 200mm. Jeśli chodzi o pracę z tymi krokówkami to ogólnie ich moc jest całkiem wystarczająca, tylko coś się kaszani w pewnym zakresie prędkości posuwu, tak jakby krokowiec dostawał "nieczysty" sygnał i głupiał. Najpierw słychać jakby oś wpadała w rezonans, rodzaj takiego "charkotu" czy niezdrowego "przetaczania" a jak się szybko nie zareaguje (zmniejszenie prędkości posuwu) to krokowiec się blokuje. Kroki w machu lecą a on stoi.
Początkowo myślałem o "udoskonalaniu" obecnego zestawu: mocniejszym zasilaczu, tudzież smoothstepperze itd ale kolega, który miał doświadczenie z taką samą maszynką skwitował sprawę krótko: "chcesz mieć lepszą pracę, wymień napędy". Wydaje mi się, że ma rację, szkoda czasu na ulepszanie słabych napędów.
Jeśli to możliwe i sensowne to wymienię ten badziew na posiadane serwa a jeśli to nie przejdzie to dalej będę dłubał jak emeryt i to z ręką na pokrętle posuwu haha

osobiście zacząłbym od sprawdzenia mechaniki, czy się nigdzie nie blokuje klinuje i tp bo aż dziwne że silnik 3Nm się blokuje.
potem sprawa zasilania i sterowników silników może się okazać że wystarczy zamienić sterowniki.

na jakim napięciu to jeździ, jaki jest zasilacz, co to za silniki (napięcie/prąd), co to są za sterowniki.
ostatecznie na jakich prędkościach to jeździ obecnie żeby wiedzieć o czym gadamy?

Występują pewne problemy z osią X, na pewnym jej odcinku występują zwiększone opory przesuwu wynikające niewspółosiowości śruby kulowej. odkręcałem ścianki boczne urządzenia, próbowałem to ustawić ale bez pozytywnych rezultatów. Być może nakrętka śruby jest nieprawidłowo ulokowana w gnieździe. Nie wiem jak to sprawdzić. Tak czy owak, na odcinku o zwiększonym naprężeniu, "chętniej" pojawia się wzbudzanie/rezonans (tak będę określał ten problem). Na tym odcinku, w celu "prezentacji" opisywanego problemu, przytrzymywałem obracającą się śrubę kulową palcami (czyli obciążałem silnik w trakcie przesuwu w osi X) i to powodowało wzbudzanie się osi, które określam jako rezonans. To zresztą chyba naturalne, że obciążenie wywołuje nienaturalne zjawiska, a to wzbudzanie za takie uważam i chcąc je zaprezentować, czepiam się różnych metod. Być może zresztą faktycznie to jest klinowanie i oprócz jakiś tam problemów z "czystością" sygnału sterującego pracą sterownika czy też silników, to dodatkowo potęguje problem (może być złożony).
W zasadzie to zatrzymać przesuw można jedynie poprzez bezpośrednią próbę zatrzymania obracającej się śruby kulowej. Jeśli chciałbym to zrobić poprzez "zaparcie" np. przesuwającego się bloku z wrzecionem to ta sztuczka się nie uda, jednak te silniki mają odpowiednią moc. Oczywiście nie robię takich eksperymentów z nudów, po prostu badanie zjawiska opisywanego problemu mnie do tego nakłoniło. Pewnie te wszystkie spostrzeżenia, załączone zdjęcia itd. złożą się na jakiś sensowny opis, na podstawie którego będziecie mogli ocenić czy warto coś poprawiać w mojej maszynie czy też osiągnęła maksimum swoich możliwości i bez sporych wydatków nic się nie da więcej osiągnąć.
W zasadzie to chyba na końcu opisu jest najważniejsze pytanie ale żeby do niego dojść, trzeba opisać czym maszyna jest wprawiana w ruch.
Wykonałem dzisiaj dwa filmiki, na których dokładnie można obejrzeć opisywany przeze mnie problem. Podczas dzisiejszych oględzin i testów maszyny wykonałem również kilka zdjęć elektroniki oraz screeny z Macha. Dodatkowo podmieniłem trafo na mocniejsze ale to nic nie dało, w zasilaniu nie ma co szukać problemu. Myślę, że na podstawie mojego opisu nie będzie dla Was kłopotem postawienie właściwej diagnozy, ja niestety nie jestem zorientowany w możliwościach posiadanego sprzętu dlatego nie wiem, czy pozostaje pracować przy niższych ustawieniach parametrów bo nic więcej nie da się z niego wydusić czy też coś ewentualnie można wymienić (np. sterownik) lub dokupić (np. smoothstepper), aby poprawić pracę maszyny.

Jak wspomniałem, w osi X występuje pewna niewspółosiowość śruby. To wygląda w ten sposób, że gdy odkręcę blok łożyskujący śrubę wraz z przykręconym do niego silnikiem to podczas kręcenia śrubą ten podzespół będzie robił w powietrzu "jajo". Pewnie jakieś tam niedokładności są dopuszczalne ale na wszelki wypadek o tym piszę. Tak poza tym to nie wyczuwa się specjalnie jakiś wielkich oporów podczas kręcenia śrubą po wyłączeniu maszyny. Wyczuwa się momentami zwiększenie oporu ale to nie jest jakieś drastyczne. Faktem jest jednak, że oś czy tez silnik wpada w rezonans na tym właśnie odcinku osi X, w którym opory przesuwu są zwiększone, nierównomierne. Na przykład w osi Y takie dylematy istnieją w o wiele mniejszym stopniu, choć występują również. Oś Y jest pewnie nieco dokładniej "poskręcana" z obudową. Jednak i w tej osi następuje zatrzymanie pracy silnika przy podobnych parametrach pracy (zadanych w Machu), tyle, że nie aż takiego długo trwającego charkotu obwieszczającego co się stanie Silnik staje praktycznie od razu, gwiżdże sobie a kroki lecą. Czasem tam chwilkę tuż przed zatrzymaniem pocharczy. Jednak trzeba mieć na uwadze, że 90% pracy zasuwa oś X bo ja tak prace ustawiam, żeby sobie głównie oś X latała (większość czasu pracy maszyny to obróbka zgrubna i wykańczająca reliefy wierszowaniem w osi X).
Zwiększone opory przesuwu na odcinku osi X oczywiście powodują, że zjawisko się chętniej inicjuje oraz pogłębia akurat w tym miejscu - bez tych oporów przesuw zapewne byłby jeszcze poprawnie realizowany z nieco wyższą prędkością. Jednak nie tylko to jest powodem moich wątpliwości.
Rezonansu inicjuje się również, gdy spróbuję obniżyć prędkość z poziomu interfejsu programu Mach. Na przykład zdarza się, że gdy zmniejszę prędkość przesuwu za pomocą "suwaka" programu Mach ze 100% do 90%, rezonans zaczyna występować. Podniesienie na powrót prędkości do 100%, kiedy nie dojdzie jeszcze do zatrzymania silnika, powoduje wyjście z tego rezonansu i dalsza prawidłową pracę.
Na jakimś zachodnim forum wyczytałem, że może występować problem z pracą urządzenia, jeśli w Machu podniesie się prędkość posuwu ponad 100%, to było opisywane dość skromnie ale ktoś z działu technicznego napisał, że należy unikać sytuacji, w których po uruchomieniu obróbki nastąpi konieczność zwiększenia prędkości posuwu z poziomu interfejsu programu. Być może to akurat w moim przypadku nie jest powodem blokowania się krokowca, tym bardziej, że rezonans zaczyna występować w momencie, gdy zmniejszam prędkości posuwu. Jednak ten fakt - wpływu zmiany parametrów programu Mach na pojawienie się opisywanego problemu z rezonansem a następnie blokowaniem się serwa, może wskazywać na jakiś problem na linii: oprogramowanie (Mach3) - PC (LPT) - sterownik Zelrp.

Komputer mam dość wydajny, do tego nie zdarzyło mu się nie jakiekolwiek zawieszenie. Wykorzystuję go tylko do sterowania maszyną, żadnych śmieci. Wczoraj na forum przeczytałem, że Zelrp zaleca komputer z procesorem jednordzeniowym. Ja mam akurat wstawionego dwurdzeniowca, E8400 ale dla czystego sumienia wstawię tam na czas ewentualnych, kolejnych testów jakiegoś Pentium lub Celerona. Nie sądzę, żeby to miało jakieś znaczenie ale może warto spróbować.

Załączam screen z pierwszych ustawień w programie Mach a następnie plik z filmikiem, gdy oś wpada w rezonans. Kernel speed mam ustawiony na minimum czyli 25kHz. Natomiast "podbiłem" ustawienie (steps per), by łatwiej uzyskać to zjawisko rezonansu, które występuje również przy normalnych ustawieniach, podczas obróbki.
Ponieważ ten parametr ustawiany jest na stałe (u mnie wynosi 400) dlatego w dalszych próbach z ustawieniami zwiększałem prędkość pracy oraz przyspieszenie. Zasada jest prosta - im większa prędkość lub wyższe przyspieszenie, tym łatwiejsze uzyskanie rezonansu. Oczywiste. Nie sądzę jedynie, żeby ten rezonans był normalnym zjawiskiem w funkcjonowaniu maszyny, nawet jeśli się przekroczy parametry dopuszczalne dla jej pracy. Poza tym liczę na to, że być może jest jakaś możliwość polepszenia obecnego stanu rzeczy stosunkowo niewielkim kosztem.
http://imgur.com/a/CTnXG


Kolejny screen, tym razem obniżone parametry pracy i kolejny filmik. Teraz przesuwu odbywa się bez problemów. Natomiast w pewnym momencie inicjuję rezonans (obciążam silnik poprzez nacisk na śrubę kulową podczas przesuwu). Na filmiku "wytwarzam" rezonans "sztucznie", jednak przy takich posuwach, podczas obróbki materiału również zdarza się, że oś wpada w rezonans i to jest już mniej wesołe:
http://imgur.com/a/vLvXn
wideo2

Długość kabla od gniazda LPT w komputerze do złącza w maszynie wynosi 3m.
Na pewnym odcinku kabel krzyżuje się z przewodami wrzeciona ale odgiąłem je i oddaliłem o jakieś 7cm, nie sądzę, żeby to było problemem. Oba przewody są ekranowane. Jeśli trzeba to wykonam zdjęcie tego miejsca i załączę.

Poniżej zdjęcia sterownika. Ustawienia, jak wywnioskowałem z położenia dipswitchów, są ustalone tak, że na wszystkie silniki jest podawany maksymalny prąd, który może dać sterownik czyli 3A. Podział kroków jest wykonany stałą zworką i wynosi 1/10 czyli 2000 imp/obr:
http://imgur.com/a/Ic9OZ
http://imgur.com/a/m8b1z
http://imgur.com/a/mWUlD
http://imgur.com/a/U594X

Pisałem już o podmianie transformatora na mocniejszy. W miejsce trafa zasilającego układ o parametrach 200VA i napięciu 32V (35,6V na "biegu jałowym") podłączyłem trafo o takim samym napięciu ale 600VA. Nie odczułem żadnej zmiany działania.

Na koniec zmieniałem ustawienia w Machu w sekcji "Dostrajanie silników". Próbowałem zmniejszać prędkość posuwu i przyspieszenie. Standardowo mam ustawioną prędkość posuwu na 3750mm/min czyli maksimum dla 25kHz. Zmniejszanie prędkości poprawia sytuację. To taki chłopski test ale nie uda się zatrzymać silnika i wywołać rezonans (poprzez próbę zatrzymania obrotu śruby kulowej ręką), gdy zejdę do ok. 1000mm/min.

Pozostaje pytanie do Was - czy tak ma być i po prostu parametry pracy maszyny muszę ustawić na niższe od spodziewanych (przeze mnie) a rezonans w osi X po prostu dodatkowo się "potęguje" na skutek występujących w konstrukcji maszyny niewspółosiowości czy też jednak należałoby oczekiwać od napędów, żeby dały z siebie nieco więcej?
Pozostaje również pytanie dlaczego zmniejszenie prędkości posuwu w programie Mach powoduje powstanie rezonansu? Być może kluczem do postawienia trafnej diagnozy jest właśnie ta wskazówka ponieważ może sugerować problem np. z jakością impulsów.
Stąd pierwotnie brałem pod uwagę zakup smoothsteppera.
Ogólnie mam wrażenie, jakby możliwości tych krokowców nie były wykorzystane ale oczywiście moje wrażenia mają się nijak do konkretnej wiedzy. Dlatego poprosiłem o pomoc na forum.
Czy da się w jakiś sposób "udoskonalić" odczuwalnie obecne napędy stosunkowo rozsądnym kosztem (np. poprzez wymianę sterownika lub zakup smoothsteppera) czy dać sobie spokój bo o zmarnowany czas i wyrzucona w błoto kasa a praca maszyny po prostu mieści się w normie (może oprócz oczywistych problemów z tym topornym odcinkiem osi X ale to już inny dylemat)?
Pozostaje jeszcze oczywiście możliwość wymiany krokowców na posiadany przeze mnie zestaw: UHU + E19-1.
Jednak na początek warto Was poprosić o porady, co ewentualnie w obecnym układzie może być przyczyną problemów. Może okazać się, że stosunkowo niewielkie zabiegi pomogą pozbyć się problemu. W sumie to nie chodzi mi o uzyskanie jakiś większych przyspieszeń a jedynie o pozbycie się tego rezonansu przy jakiś sensownych ustawieniach.

Na koniec najważniejsze pytanie - biorąc pod uwagę powyższy opis, jakich właściwie prędkości posuwu można oczekiwać od tego urządzenia, zaopatrzonego w opisane napędy podczas obróbki, załóżmy w drewnie twardym, frezem 6mm zagłębionym na 6mm?

Będę wdzięczny za pomoc.

metr na minute to na silniki 3Nm zdecydowanie za słaby wynik.
to co widzę/słyszę na filmikach imho jest klasyczne wypadanie silnika krokowego z synchronizacji.

policzmy wiec fakty
zelrp jest ustawiony na podziałke 1/10 ~2000kr/obrot
mach ma ustawienie 1500 kroków/mm
sruba wizualnie jest 16x05
przyspieszenie 1200mm/s2
posów załóżmy ze 1000mm/min

więc tak żeby wydać 1mm posuwu przy silniku 200kr + sterownik 1/10 +śruba x5 to trzeba wydać
400imp/mm - to się bierze z tego ze silnik razy podziałka stera podzielone przez 5mm/obr śruby

1000mm/min =~16,6mm/sek czyli żeby wydać taka prędkość komp musi "wyplunąć" 16,6*400=~6666.7 impulsów na sekundę bądź jak kto woli ~7kHz co wcale dużo nie jest.

troche dziwna sprawa jak na mnie.
organoleptycznie zacząłbym od
1. zmniejszenie przyspieszenia do powiedzmy 800mm/s2, + poprawne ustawienie ilosci kroków na mm posuwu.
2. wejscie do biosu kompa i sprawdzenie ustawien portu LPT (ECP+EPP albo bi-directional).
3. montaż koralików ferytowych na kablu lpt + sprawdzenie ekranowania.
4. proba instalacji linuxcnc

mamy podobny setup u kolegi na dużej maszynie
silniki 3Nm po przekładnia pas 1/2, stery M545 podziałka 1/5, sterowane linuxcnc z laptopa poprzez kabel 3m, zasilanie toroida, sruby trapezowe 16x5. konstrukcja zrobiona tak sobie bez fanatyzmu
maszyna tnie frezem 3mm w twardych materiałach np buk albo tworzywa bakelitopodobne (papier prasowany na żywicy) z prędkościami 1000-1200mm/min przy zbieranej warstwie 1mm i pozycjonowanie na poziomie 1800-2000mm/min i dostrajając to wszystko czułem że można więcej ale już komp nie pozwalał poszaleć.

Dzięki za odpowiedź.
Zainteresowałeś mnie Linuxemcnc. Mam parę pytań.
1) Czy system, który można pobrać: "linuxcnc-2.7-wheezy" jest kompletnym oprogramowaniem, którym można sterować maszyną czy tez trzeba jeszcze coś doinstalowywać?
2) Czy do instalacji konieczne jest połączenie z internetem?
3) Czy obsługa linuxowego cnc jest zbliżona do mach3 pod windowsem? Czy linuxowi brakuje jakiejś funkcji, która jest w machu?
4) Czy g-kody opracowane np w artcam można bezpośrednio załadować do programu?
5) Czy w przypadku sterowania maszyną przez port LPT również należy instalować wersję 32-bitową systemu linux?
6) Jak ogólnie maszyna pracuje pod tym systemem w porównaniu do windowsa z machem?
7) Czy instalacja systemu "linuxcnc-2.7-wheezy" jest bezproblemowa, czy lepiej zainstalować system z bootowalnego pendrivera czy z płyty?

1) tak, jest prekompilowany gotowy do użytku, jedynie trzeba skonfigurować maszynę poprawnie.
aczkolwiek nawet jakoś topornie skonfigurowany pozwoli przeprowadzić testy osi.
jeden jego mankament/zaleta jest trochę wrażliwy na sprzęt na którym działa i najlepiej się sprawdza na starych kompach z jak najmniejsza ilością bajerów typu oszczędzanie energii i takie tam. (atom, stary athlon/duron/pentium 4 cos takiego)

2) nie, ale obraz trzeba pobrać i wypalić na płytkę
3) imho prostszy jest od macha, czy mu czegoś brakuje to nie wiem, mi nigdy niczego w nim nie zabrakło przy maszynie 3 osiowej.
4) nie wiem ale raczej tak
5) nie widzialem zeby tam byl wybor 32/64 bity, raczej jest to 32 bitowka domyslnie
6) kazdy chwali to co ma, ja macha wyprobowalem x lat temu i zaraz zmienilem na darmowego linuxa i sobie chwale.
7) z plyty nie mialem problemów, z pena nie probowalem

Dziękuje Ci za wiadomości, spróbuję zainstalować Linuxcnc i zobaczymy czy to coś poprawi.

linux to był ostatni punkt który proponowałem, no ale cóż można szukać i od końca

To z ciekawości.
Na razie mam problem z instalacją.
Dochodzę do partycjonowania, ustawiam ma pliki ex2 i system nie chce się zainstalować. Jest tylko informacja, że instalacja się nie powiodła i żeby wrócić to partycjonowania. W czym może tkwić problem?
Gdy przejdę do następnego kroku, za instalację (system podstawowy), to również wyskakuje, że system nie może się zainstalować i porada, żeby nagrać płytkę z mniejszą szybkością (bo opcji ze ściągnięciem plików nie wyjdzie, nie mam połączenia z internetem). Płytkę mam raczej dobrze nagraną. Po uruchamianiu wybrałem z listy Linux (graphic) (może tu tkwi błąd).
Co ewentualnie pokombinować?

no dvd to trudno zeby nagrac zle bo 16x to jest max
moze trzeba przelaczyc tryb SATA w biosie na IDE badz cos podobnego
tak zdalnie bez konkretow to ciezko doradzac.
mozna probowac tez starsze wesje
http://linuxcnc.org/iso/
ostatnio dzialalem na 8.04