第16講 3D打印機驅動方式的設置及參數計算

3D打印機的調試中步進電機參數的設置是及其重要的,它涉及到3D打印機的精度。如

Prusa i3共使用了5個打印機(X軸、Y軸、E軸各1個,Z軸2個),其中X軸和Y軸使用同步帶驅動,Z軸使用絲桿驅動,E軸使用齒輪驅動,這三種驅動方式的設置方法。

同步帶驅動的組成部分是步進電機、同步輪和同步帶。其原理是同步輪通過螺絲固定在步進電機的輸出軸上,然后把同步帶放在同步輪的槽內,電機轉動時就帶動同步輪轉動,同步輪通過齒輪上的齒帶動同步帶一起轉動。

1)步進電機的步距角

步進電機的旋轉是靠脈動信號來驅動的,當步進驅動器接收到一個脈沖信號,步進電機的軸就會轉動一個固定的角度,稱為“步距角”。

最常見的步距角有三種,分別是0.9°,1.8°和7.5°。這三種步距角對應步進電機每旋轉一周(360°),需要的脈沖信號個數分別為400個、200個以及48個。

注意:這是步進電機的內部物理參數,購買步進電機時一定要確認清楚。

2)步進電機驅動板細分

與脈沖信號相關的另一個參數是步進細分數,這個參數取決于所使用的電機驅動板。驅動電路的主芯片,通常具有驅動細分功能,常見的有1/2、1/4、1/16等。

ü如果是1/16細分,其代表的含義是原來一個脈沖可以控制電機轉動一個步距角,現在需要16個脈沖電機才能轉動一個步距角。

ü如果選擇的步距角是1.8°,那么電機旋轉一周就需要200*16(3200)個脈沖信號。

ü如果采用Ramps1.4的板子,使用A4988電機驅動器。每個驅動板下邊的3個跳線帽都插了,那么就是16細分。跳線帽在下圖中用藍色標出了。

ü一般都是用到2000-4000細分,就是每步0.09-0.18度.這個時候噪音和振動都比較小。

什么是跳線帽呢?

跳線帽是主板、硬盤等硬件上的小的方形塑料帽,一個包裹著絕緣層的導線,它的外層是絕緣塑料,內層是導電材料,可以插在跳線針上面,將兩根跳線針連接起來。

跳線帽的作用如下:

u主板跳線是通過跳線帽連接不同的跳線PIN,可以改變主板電路;

u主板上最常見的跳線主要有兩種,一種是只有兩根針,另一部分是跳線帽;

u跳線帽是一個可以活動的部件,外層是絕緣塑料,內層是導電材料,可以插在跳線針上面,將兩根跳線針連接起來;

u當跳線帽扣在兩根跳線針上時是接通狀態,有電流通過稱之為ON;

u反之不扣上跳線帽時,說明是斷開的稱之為OFF。

3)同步輪齒數和同步帶型號

同步輪齒數需要數一數即可,常見的同步輪從十幾齒到三十幾齒。另外,同步輪還有一個參數就是支持同步帶的型號。如用的是GT2,代表同步帶上兩個齒輪間的節距是2mm。

那么如何應用這些參數進行計算呢?

舉例:步進電機旋轉一周需要3200個脈沖信號,同步輪有15個齒,同步帶型號是GT2,即節距2mm的同步帶。那么步進電機旋轉一周,會使同步輪旋轉一周前進15個齒的距離,同時使同步帶前進30mm的距離(15×2)。在這種情況下,同步帶帶動打印頭或者熱床前進1mm,需要的脈沖信號為3200÷30=106.67個。 

prusa i3的Z軸是使用絲桿來傳動。絲桿傳動的優勢具有精度高,傳動效率高;缺點是速度慢,要頻繁移動X和Y軸,Z軸只是再打印完一層后,才會升高一層,所以不需要很高的速度。

同樣絲桿驅動也需要幾個參數:

1)步進電機的步距腳;

2)步進電機驅動板細分;

3)絲桿螺距,其中絲桿中的幾個重要參數分別是螺距(P),導程(L),頭數(n)。

螺距就是相鄰兩個螺線的距離,導程是指絲桿旋轉360度,絲桿上的T型螺母移動的距離,頭數是絲桿上螺線的數量(下圖中用不同的顏色表示出不同的螺線)。

注意:

1)查看螺線的條數時可以觀察絲桿的頭部,有幾個絲口入點就是幾頭。

2)查看螺距時可以在絲桿上涂一點墨水,然后再紙上滾一下,直接測量紙上的距離即可。

舉例:使用1/16驅動細分的電機驅動板,步距角為1.8°的步進電機,這時步進電機旋轉一周需要3200個脈沖信號。步進電機帶動一個4頭螺距2mm的絲桿(導程為8mm),因此Z軸上升或者下降1毫米,需要3200÷8=400個脈沖信號。

3D打印機的送料是齒輪與料緊緊的擠在一起,產生很大的摩擦力。通過齒輪轉動推動料向下或者向上,所以齒輪上的某一點旋轉一周產生的距離就是料移動的長度,等于齒輪的周長。

舉例:MK8上的齒輪直徑是11mm,所以齒輪旋轉一周的周長就是3.14*11=34.54mm。

注意:測齒輪直徑可以用尺子,也可以用線在齒輪上繞一周,記錄下位置,然后測其長度。

舉例:用1/16驅動細分的電機驅動板,步距角為1.8°的步進電機,這時步進電機旋轉一周需要3200個脈沖信號,電機旋轉一周通過齒輪推動料移動34.54mm,料移動1mm需要3200÷34.54=92.64個脈沖。

1、3D打印機采用電機的參數如何計算,請舉例說明?

2、打印機的驅動方式采用哪些形式?

3、Z軸為什么采用絲杠傳動?

4、你有什么建議?

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