Umbau JMC Stepper auf JMC Servo - Macht das Sinn?

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Tilman
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Re: Umbau JMC Stepper auf JMC Servo - Macht das Sinn?

Beitrag von Tilman » 15.06.2021, 14:49

Dein Umkehrspiel kannst Du nicht den Motoren in die Schuhe schieben, auch wenn es vielleicht danach aussieht. Es wird eine Mischung aus dem Umkehrspiel der KUS/KUM, der Ungenauigkeit Deiner Messuhr und des Stativs und anderen Unzulänglichkeiten sein. Eine Ungenauigkeit der Motoren kannst Du nur messen, indem du möglichst alle Störfaktoren umgehst. Sprich: Einen längeren Hebel direkt an der Motorwelle befestigen, der auf ein Messinstrument fährt.

Meine Leadshine Hybrid Stepper machen 4000 Schritte pro Umdrehung. Die Auflösung der Encoder ist identisch. Es wird jeder einzelne Mikroschritt messbar gefahren, was auch ebenso im Plot der Konfigurationssoftware angezeigt wird. Bei 5mm Spindelsteigung wäre ein Mikroschritt ohne weitere Untersetzung 0,00125mm. Bei 10mm Spindelsteigung äquivalent 0,0025mm.

Egal ob Servo oder Closed Loop Stepper: Wenn nicht alle Schritte gefahren werden, stimmt irgendwas nicht. Mögliche Ursachen:
- die Konfiguraton der Regelschleifen ist Murks
- schlechte Signalkabel zwischen Schrittgeber und Endstufe
- zu hohe Impulsfrequenz
- falscher Signalpegel (low und high vertauscht)

Viele Grüße
Tilman

Emmax
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Re: Umbau JMC Stepper auf JMC Servo - Macht das Sinn?

Beitrag von Emmax » 15.06.2021, 15:38

Mich wundert einfach nur der Unterschied. Beide Motoren haben die gleiche Regelschleife, das gleich Signalkabel, die gleiche Impulsfrequenz und auch den gleichen Signalpegel. Ich tausche einfach nur den Motor, ohne irgendetwas an der Konfiguration zu verändern und der Servo zeigt sich deutlich genauer. Natürlich ist es auch die gleiche Messuhr, die in einem Schraubstock verspannt ist. Hier kann sich nichts bewegen. Es ist eine reine Beobachtung die ich von Anfang an gemacht habe.

Guido
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Fräse ist Mhoch5 mit Eding CNC Steuerung. China Spindel Luftgekühlt 2,2 KW. JMC Closed Loop Servo/Stepper. 5mm Steigung auf X/Y/Z. Estlcam und Fusion360. 4. Achse Eigenbau mit JMC Closed Loop Servo.

KarlG
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Re: Umbau JMC Stepper auf JMC Servo - Macht das Sinn?

Beitrag von KarlG » 15.06.2021, 17:14

Jeder Schrittmotor hat eine Schrittwinkelfehler - abhängig vom Motor, der Ansteuerung und der Belastung kann der sehr unterschiedlich ausfallen.
D.h.: Das "Bild" ergibt durchaus einen Sinn, je nachdem von welcher Seite die Uhr angefahren wird.

Gruss
Karl

Tilman
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Re: Umbau JMC Stepper auf JMC Servo - Macht das Sinn?

Beitrag von Tilman » 15.06.2021, 22:35

KarlG hat geschrieben:
15.06.2021, 17:14
Jeder Schrittmotor hat eine Schrittwinkelfehler - abhängig vom Motor, der Ansteuerung und der Belastung kann der sehr unterschiedlich ausfallen.
Der Fehler ist aber kleiner als ein Schritt und nicht mehrere Schritte groß.

Viele Grüße
Tilman

KarlG
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Re: Umbau JMC Stepper auf JMC Servo - Macht das Sinn?

Beitrag von KarlG » 16.06.2021, 01:01

Tilman hat geschrieben:
15.06.2021, 22:35
Der Fehler ist aber kleiner als ein Schritt und nicht mehrere Schritte groß.
Der Fehler geht bis zu einem "Großschritt" bzw. einem "elektrischen Schritt" - also der Wiederholung eines Bestromungsmusters. Bei einem Zweipoler sind das 50 Stück pro Umdrehung. IdR. ist der Winkelfehler natürlich deutlich kleiner, aber pauschal kann man dazu gar nix sagen....

Gruss
Karl

Emmax
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Re: Umbau JMC Stepper auf JMC Servo - Macht das Sinn?

Beitrag von Emmax » 16.06.2021, 11:05

Kurzes Fazit nach den ersten Wochen

Grundlegend möchte ich nochmals sagen, dass ich im letzten Jahr mit meinen Steppermotoren sehr zufrieden war. Ich habe sie an Kugelumlaufspindeln mit 10mm Steigung betrieben und konnte daher auch mit Geschwindigkeiten von 8000mm/min durchs Holz pflügen. Auch mit der Genauigkeit bei Alu, vorwiegend AW7075, war ich sehr zufrieden. Das Einzige was mich etwas stört sind deutliche Geräusche der Motoren bei bestimmen Umdrehungen. Bei 10000mm/min flehen sie förmlich um Gnade, wogegen bei 10800mm/min alles sehr ruhig und angenehm läuft. Aus einer gewissen Neugierde und Langeweile wollte ich nun mal die Servo Motoren testen.

Folgenden Merkmale möchte ich bei meiner Fräse erzielen:
G0 sollte mit ca. 10000mm/min gefahren werden.
Holz möchte ich mit bis zu 8000mm/min fräsen können.

Der erste Umbau des Motors an der X-Achse war schon beeindruckend. Ich bin testweise mit 30000mm/min gefahren und einer Rampe von 2000mm/s2. Doch in der Praxis würde ich das niemals umsetzten. Ich möchte nicht mit 30000mm/min in eine Spannpratze reinfahren. Die Steifigkeit an der 10mm Steigung lies aber zu wünschen übrig. Ich konnte die Achse um gut 0,04mm mit der Hand verdrehen und zwar nachdem ich den Motor „steifer“ gestellt habe. Auch die lineare Vorschubkraft von ca. 400NM (10mm Steigung, 0,65NM Drehmoment) ohne Reibungsverluste sollte ausreichen. Gehen wir mal von 25% Reibungsverlust aus, was Kugelumlaufmuttern auf keinen Fall haben sollten, so bleiben 300NM lineare Vorschubkraft übrig. Völlig ausreichend aber ein bisschen mehr würde nicht schaden.

Als ich mir die Fräse gekauft habe, habe ich mir gleich Kugelumlaufspinden mit 5mm Steigung dazu liefern lassen. Diese wurden nun eingebaut. Mit dem Schrittmotor komme ich nun nicht mehr auf meine gewünschte G0 Geschwindigkeit von 10000mm/min. Bei gut 6000mm/min war Schluss. An meiner Fräse sind 2 Kugelumlaufmuttern gegeneinander verspannt. Die Achse läuft daher etwas „schwergängiger“ als wenn man nur eine Mutter verbaut hat. Mit dem Servo kann ich problemlos die gewünschten 10000mm/min fahren. Die Motoren drehen dann mit 2000u/min. Auch die Steifigkeit zeigt sich natürlich besser und die lineare Vorschubkraft verdoppelt sich. Als ich zu Testzwecken mal etwas schneller gefahren bin, ist mir allerdings mein neues Netzteil (extra dafür gekauft und wieder alles falsch gemacht) ausgestiegen. Da ich bereits 2 Netzteile verbaut habe, wollte ich diese weiterbenutzen und habe mir von MeanWell das HRPG-600-36 gekauft. Daran möchte ich 2 Motoren betreiben. Anscheinend überwacht dieses Netzteil die Volt Leistung und steigt bei Abbremsmanövern aus. Ich denke es entsteht eine Spannungsspitze und Schluss ist. Mit meinem lahmen Messgerät kann ich diese Spitze aber nicht messen. Das passiert aber nur bei Motordrehzahlen von über 3000u/min.

Mit der Parametrierung ist das so eine Sache. Grundsätzlich habe ich eine Einstellung gefunden, weiß aber nicht, ob das wirklich langfristig so richtig ist. Auch singen die Motoren im Stillstand etwas, nicht schlimm aber ich werde weiter versuchen das zu optimieren. Das herumstellen an den Parametern war für mich recht nervig. Insbesondere wenn dann die Motoren anfangen zu schlagen, klopfen oder schreien. Wohl fühle ich mich mit meinen Einstellungen noch immer nicht.

Die ersten Fräsergebnisse im Alu waren genauso so gut wie bei den Steppern. Wirkliche Unterschiede kann ich nicht feststellen. Gefühlt läuft der Servo in der Praxis etwas „geschmeidiger“. Die Oberflächengüte ist aber ebenfalls gleich.

Für mich macht an der 10mm Steigung eher der Stepper Sinn und an der 5mm Steigung der Servo. Die Endergebnisse scheinen bei beiden gleich zu sein. Die Kugelumlaufspindel mit 5mm Steigung hat eine bessere Toleranzklasse (C5 anstatt C7). Wenn man aber das Umkehrspiel an der 10mm Steigung (C7) kennt, kann man das in der Praxix problemlos kompensieren.
Nun sammele ich weitere Erfahrungen in den nächsten Monaten. Ob ich dann bei den Servos bleibe oder wieder zurück auf die Stepper gehe weiß ich zurzeit noch nicht. Mal sehen….

Guido
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Willhelm B.
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Re: Umbau JMC Stepper auf JMC Servo - Macht das Sinn?

Beitrag von Willhelm B. » 17.06.2021, 10:40

An der PFM kann man ja zur not beide Motoren gleichzeitig betreiben. Zumindest auf x und y.

Emmax
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Re: Umbau JMC Stepper auf JMC Servo - Macht das Sinn?

Beitrag von Emmax » 20.06.2021, 13:51

Tilman hat geschrieben:
15.06.2021, 14:49
Dein Umkehrspiel kannst Du nicht den Motoren in die Schuhe schieben, auch wenn es vielleicht danach aussieht. Es wird eine Mischung aus dem Umkehrspiel der KUS/KUM, der Ungenauigkeit Deiner Messuhr und des Stativs und anderen Unzulänglichkeiten sein. Eine Ungenauigkeit der Motoren kannst Du nur messen, indem du möglichst alle Störfaktoren umgehst. Sprich: Einen längeren Hebel direkt an der Motorwelle befestigen, der auf ein Messinstrument fährt.

Meine Leadshine Hybrid Stepper machen 4000 Schritte pro Umdrehung. Die Auflösung der Encoder ist identisch. Es wird jeder einzelne Mikroschritt messbar gefahren, was auch ebenso im Plot der Konfigurationssoftware angezeigt wird. Bei 5mm Spindelsteigung wäre ein Mikroschritt ohne weitere Untersetzung 0,00125mm. Bei 10mm Spindelsteigung äquivalent 0,0025mm.

Egal ob Servo oder Closed Loop Stepper: Wenn nicht alle Schritte gefahren werden, stimmt irgendwas nicht. Mögliche Ursachen:
- die Konfiguraton der Regelschleifen ist Murks
- schlechte Signalkabel zwischen Schrittgeber und Endstufe
- zu hohe Impulsfrequenz
- falscher Signalpegel (low und high vertauscht)

Viele Grüße
Tilman
Hallo Tilman,

Deine ausführliche Situationsbeschreibung hat mich nicht ruhen lassen. Ich habe mir einen Laserpointer gekauft und an einem Stepper so installiert, dass der Pointer in ca. 3 Meter Entfernung einen kleinen roten Punkt auf die Wand projiziert hat. Nun habe ich die Schrittweite pro 1mm auf 1000 in der Software eingestellt, so dass ich theoretisch in 0,001mm Schritten fahren kann. Die Position des Punktes an Wand habe ich markiert und bin dann 10 Schritte mit einer Schrittweite von 0,01mm gefahren und wieder zurück. Und ich muss Dir Recht geben, jeden einzelnen Schritt konnte ich an der Wand ablesen und bin auch auf dem Rückweg wieder genau auf meiner Markierung gelandet. Ich habe die Übung dann noch mal gemacht und bin 10 Schritte mit 0,001mm gefahren. Auch hier konnte ich jeden einzelnen Schritt erkennen. Der Schrittmotor fährt die Positionen haargenau an.

Grundsätzlich habe ich eine Vermutung warum sich die Situation an der Fräse anders zeigt, da das Umkehrspiel des Servos eindeutig besser ist. Meine Spindeln werden mit 2 Kugelumlaufmuttern angetrieben, die gegeneinander verspannt werden. Man muss auch mit der Hand schon ordentlich Kraft aufwenden, um die Spindeln zu drehen. Ich könnte mir vorstellen, dass bei so kleinen Schritten, das Drehmoment nicht ausreicht. Diese ist eine reine Vermutung und widerspricht der Situation, dass der Stepper eigentlich ein besseres Drehmoment aufweist.

Trotzdem vielen Dank für Deinen Input. Nun bin ich wieder etwas schlauer...

Guido
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Tilman
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Re: Umbau JMC Stepper auf JMC Servo - Macht das Sinn?

Beitrag von Tilman » 21.06.2021, 09:09

Hallo Guido,

Hast Du Dich denn jemals mit den Regelschleifen der Stepper befasst oder sind die noch original? Auch wenn die meisten Closed Loop Stepper ohne weitere Konfiguration halbwegs brauchbare Ergebnisse bringen, ist die Behauptung, dass man sie nicht konfigurieren muss, Augenwischerei. Einen allgemeingültigen Parametersatz für eine Regelschleife gibt es einfach nicht. Das ist bestenfalls ein Kompromiss, der so lange funktioniert, wie man keine hohen Erwartungen an die Präzision, an die Geschwindigkeit oder an das Drehmoment hat.

Viele Grüße
Tilman

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Re: Umbau JMC Stepper auf JMC Servo - Macht das Sinn?

Beitrag von Emmax » 21.06.2021, 10:12

Tilman hat geschrieben:
21.06.2021, 09:09
Hallo Guido,

Hast Du Dich denn jemals mit den Regelschleifen der Stepper befasst oder sind die noch original? Auch wenn die meisten Closed Loop Stepper ohne weitere Konfiguration halbwegs brauchbare Ergebnisse bringen, ist die Behauptung, dass man sie nicht konfigurieren muss, Augenwischerei. Einen allgemeingültigen Parametersatz für eine Regelschleife gibt es einfach nicht. Das ist bestenfalls ein Kompromiss, der so lange funktioniert, wie man keine hohen Erwartungen an die Präzision, an die Geschwindigkeit oder an das Drehmoment hat.

Viele Grüße
Tilman
Hallo Tilman,

nein ich habe mich gar nicht mit der Regelschleife beschäftigt. Der Produzent hat lediglich die Fehlertoleranz auf 40 Microschritte gesetzt, alles andere ist Original. Ich habe auch noch nicht wirklich Artikel dazu gefunden, einen Closed Loop Stepper zu konfigurieren und natürlich habe ich davon keine Ahnung. Ich komme gerade schon mit der Servos über meine Grenzen. Ich war ja nicht unzufrieden mit meinen Ergebnissen, da ich auf 0,02 mm genau produzieren konnte. Das Thema der gegeneinander verspannten Muttern habe ich ja schon erwähnt und ich bin gerade am überlegen, ob ich nicht besser darauf verzichten soll und ggfs. eine "Doppelmutter" verwende.

Guido
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