Motor de Passo para Router CNC – Parte 3

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Acionamento CNC – Parte 3

Olá!

É um prazer ter você aqui no portal o projetista mecânico.

Esta é a terceira e última parte do artigos sobre 5 Passos para NÃO ERRAR na escolha do motor de passo da sua CNC

Caso você ainda não tenha visto as duas primeiras partes, é só clicar nos links abaixo:

Recomendo fortemente que você inicie a leitura pela parte 1 e siga na ordem para ter uma visão mais geral do processo de seleção do motor de passo para um sistema mecânico.

Este artigo começa com a apresentação da planilha de cálculos que vamos utilizar para esclarecer os conceitos e extrair os dados para a seleção do motor.

Use o link para acessar o e-book e a planilha.

Quantificar as necessidades do sistema

Qualificar x Quantificar

Algo que considero importante e que me ajudou muito a elevar o nível do meu jogo quando o assunto é acionamentos para sistemas mecânicos foi separar o que o sistema precisa do quanto ele precisa para ter a performance esperada.

Definir o que o sistema precisa é uma tarefa que exige muito mais do profissional que está especificando o motor, pois este processo deve esclarecer, entre outras coisas, o que deverá ser calculado. Logo não seria possível realizar cálculos (quantificar) sem antes saber o que o sistema precisa para funcionar, como ele funciona, e quais variáveis interferem no seu funcionamento (qualificar).

O motivo pelo qual vou apresentar a planilha sob uma perspectiva mais qualitativa que quantitativa é o fato de que considero mais importante mostrar o que fez diferença para mim, e que provavelmente fará pra você também, do que apresentar equações soltas em um formulário.

Podemos dividir os pontos chave para especificar o motor de passo em 3 partes:

  • Torque
  • Velocidade
  • Acoplamento de Inércia

Então vamos juntos tratar agora cada uma dessas 3 partes para entender melhor os aspectos qualitativos que vamos iterar no uso da planilha e deixar o serviço braçal para o nosso escravo digital que é o computador.

Torque

O torque é responsável pela “força” do sistema. E a pergunta chave é:

Quais são as variáveis que governam o quanto de “força” o sistema precisa para performar?

E a resposta…também se divide em:

– Inércia
– Esforços externos

A Inércia é uma medida que expressa a dificuldade que o motor teria para variar o movimento do sistema, ou seja, o quão difícil é acelerar e desacelerar o sistema.

Em um sistema de fuso de esferas as variáveis chave são:

  • Passo do fuso
  • Diâmetro do fuso
  • Massa do fuso

Faça uma análise rápida das equações abaixo, e perceba que o passo do fuso está elevado ao quadrado e o diâmetro do fuso está elevado a quarta potência.

Isso faz com que mesmo as pequenas alterações tenham alto impacto no resultado.

É nesse tipo de envolvimento com as variáveis do projeto que eu acredito, e é exatamente isso que eu quero compartilhar aqui com você. Este processo onde podemos perceber essas relações e usá-las ao nosso favor.

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Os esforços externos podem ou não ter uma grande importância quando se faz a análise da função do sistema. No no caso de máquinas router, torno, fresadoras, braços robóticos e outras, os esforços externos tem grande importância. O mesmo não ocorre com máquinas do tipo corte laser, jato d’água , impressoras 3D FDM, etc, onde o este tipo de esforço não tem relevância.

Imagine que você está trabalhando no projeto de uma router, onde os esforços externos tem grande importância. Como lidar com esses esforços?

Na minha visão podemos adotar dois caminhos diferentes e resolver este problema de forma satisfatória:

  • Podemos considerar os esforços externos no projeto, ou
  • Podemos desconsiderá-los

Alguns fatores me ajudam a embasar esta decisão. Algumas perguntas sempre ajudam a esclarecer.

O desempenho da máquina está bem definido pelo cliente?

A resposta padrão de 80% dos clientes para esta pergunta é: Quero uma máquina que tenha força, rapidez e baixo custo. Neste caso, o melhor a fazer é verificar que tipo de trabalho esse cliente quer executar e encaixar a solução em uma máquina padrão de mercado, mesmo que ela seja superdimensionada para o caso dele.

Qual a dificuldade em calcular esses esforços?

No caso de router, calcular o esforço de usinagem para diversos tipos de operações, materiais e ferramentas, levando em conta variações de velocidade de corte e de avanço pode ser um esforço muito grande e que não traz grande benefício quando comparado com um cálculo mais simplificado que resulta em uma estimativa aceitável para situações críticas do projeto.

Entendo que em casos de projetos mais exigentes, para clientes que fazem questão de uma performance maior, vale a pena se aprofundar no estudo dos esforços externos e criar ferramentas que elevem o padrão de cálculo deste item.

Uma outra estratégia bastante usual é considerar uma folga de 50 a 60% de torque disponível na região de operação do motor, e fazer testes de usinagem que vão apresentar o desempenho da máquina.

Velocidade

A velocidade é responsável pela “rapidez” do sistema. E a pergunta chave é:

Quais são as variáveis que governam o quanto de “rapidez” o sistema precisa para performar?

E a resposta…também se divide em:

** – Produtividade **
** – Movimentos em vazio**

A produtividade exige altas velocidades, e então o motor tem que girar rápido no torque exigido, e a estrutura da máquina tem que suportar isso.

Os movimentos em vazio são supervalorizados nos mercado, na minha opinião, sendo inclusive citados em catálogos de fabricantes. A velocidade do movimento em vazio é importante, mas apenas para máquinas que já tem uma produtividade interessante e bons profissionais operando e gerando programas G-CODE.

Compatibilidade de inércia e relação intermediária

A compatibilidade de inércia não é um conceito muito conhecido, pelo menos é isso que a minha experiência mostra. E no caso de motores para máquina CNC é central dominar esse conceito.

A pergunta chave é:

O motor consegue controlar a carga durante as acelerações e desacelerações?

Sempre que houver uma situação de controle de posicionamento, de velocidade ou de aceleração. Esse conceito deve ser levado à sério no projeto do sistema.

Um range de valores de uso geral está entre 3:1 e 10:1, mas é sempre bom conversar com o fabricante do acionamento para valores mais apurados.

Uma forma eficiente de trazer este valor para dentro do range necessário é inserir uma transmissão intermediária no sistema, por exemplo:

  • engrenagens
  • polias e correias

Veja na equação abaixo que é possível aumentar a redução do sistema de transmissão intermediário e reduzir muito o valor da compatibilidade de inércia.

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Planilha de cálculo

A Planilha de cálculo é uma ferramenta interessante para auxiliar na condução dos cálculos para dimensionamento do motor e está disponível juntamente com o e-book. No link abaixo:

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Se você que aprender mais sobre como usar essa planilha nos seus cálculos, assita o video abaixo:

Espero que você tenha gostado deste conteúdo, e que ele tenha te ajudado tanto quando me ajudou.

Muito obrigado!

Tiago Carnovali Pessoa

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