Motor de Passo para Router CNC – Parte 1

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Se você já tentou escolher um motor de passo para máquinas cnc, especialmente para router cnc, já deve ter se deparado com os mais variados tipos e tamanhos disponíveis no mercado nacional e internacional.

As dificuldades para selecionar o motor de passo correto para cnc são das mais variadas, e podem se tornar ainda mais complexas quando é necessário especificar motores de passo para uma maquina cnc que tenha capacidade de usinar metais como alumínio, cobre ou aço.

E para ter sucesso nesta tarefa garantindo performance, economia e confiabilidade para sua cnc é preciso conhecer bem o sistema mecânico de movimentação dos eixos da cnc.

Então se você está procurando por informações relevantes antes de escolher o motor de passo da sua cnc você está no lugar certo, pois reuni aqui alguns conhecimentos que adquiri ao longo de mais 20 anos de experiência em projetos mecânicos.

E nesta série de 3 artigos eu vou mostrar um método simples, de apenas 5 passos, que vão te ajudar a escolher o motor de passo da sua máquina CNC.

Motor de Passo, Máquinas CNC e a Cultura Maker

As máquinas CNC (Controle Numérico Computadorizado) já são realidade em todo o mundo há muitos anos, o que quase ninguém previa é que depois de 25 anos estas máquinas poderiam ser vistas em garagens e que poderia ser construídas por hobbistas com orçamento na faixa entre US$ 200,00 e US$ 5.000,00.

A cultura maker do faça você mesmo (DIY em inglês) vem estimulando o desejo das pessoas de criarem os seus próprios produtos, personalizarem seus itens pessoais, e por para fora a sua criatividade.

Mas não é só isso, a popularização desses equipamentos tem atraído pessoas com ou sem formação técnica para a criar suas próprias máquinas. Isso é uma revolução cultural que já se encontra à todo vapor.

A evolução tecnológica já permite o acesso ao uso e a construção dos CNC’s a pessoas com pouca formação técnica, desde que busquem conhecimento e depois coloquem este conhecimento em prática.

Esta série nasceu para te ajudar com um passo nesta jornada.

Se você quer:

  • Comprar uma CNC
  • Montar a sua própria CNC em casa
  • ou simplesmente saber mais sobre o assunto

Assim como eu, você também pode participar dessa nova cultura e criar produtos, serviços, ou apenas personalizar o que você quiser.

O que as máquinas CNC que usam motor de passo estão fazendo hoje?

Elas tem infinidade de tipo e aplicações, vamos destacar algumas:

  • router
  • Impressoras 3D
  • corte e gravação à laser
  • corte à plasma
  • corte com jato d’água
  • corte com oxiacetileno (oxicorte)
  • corte de tecidos com facas oscilantes
  • corte de EPS (isopor) com fio quente
  • esculturas em diversos materiais
  • outros

 

Veja alguns mercados em que as CNC’s Hobby já fazem a diferença

  • aeromodelismo
  • comunicação visual
  • marcenaria
  • design e decoração
  • usinagem leve de fibras e metais (com boa precisão)
  • gravação de materiais em geral
  • etc…

 

Como este conteúdo pode me ajudar?

Se você já tem conhecimentos técnicos sólidos vai perceber que a linguagem utilizada aqui não é necessariamente a mesma utilizada em indústrias e universidades, mas não se preocupe com isso. Tenho certeza que você será capaz de extrair informações valiosas desta série e associar os termos técnicos quando necessário.

Agora, se você não tem conhecimento técnico avançado, mas tem vontade de aprender o suficiente para tomar decisões sobre a máquina CNC que você pretende comprar ou fazer, tomei um cuidado especial para elaborar esse material sem muito tecniquês para torná-lo mais acessível. Você vai ver que com um pouquinho de esforço e pesquisa você certamente vai compreender o método exposto aqui e poderá aplicá-lo sempre que surgir uma necessidade.

Mas se caso você leu até aqui e não tem nenhum conhecimento sobre o assunto, provavelmente você vai ter dificuldade de entender o método por falta de conhecimento prévio. Isso não é problema algum, fique à vontade para continuar a leitura e dar os seus primeiros passos nesta direção, ou para recomendar este artigo para alguém conhecido que possa se interessar.

Então vamos direto ao ponto.

Dimensionamento de motor de passo para máquinas cnc

Nesta primeira parte vamos responder 3 das 4 perguntas chave quando o assunto é acionamento de máquinas, seja uma máquina CNC ou não.

O dimensionamento e a seleção de motores para acionamento de máquinas é uma atividade de projetos de sistemas.

Em outras palavras, antes de dar início ao processo de seleção do acionamento, precisamos conhecer a aplicação do motor, ou seja devemos entender como o sistema funciona.

Este sistema normalmente é chamado de mecanismo, e por uma questão de praticidade é assim que vamos chamá-lo.

Assim, devemos nos concentrar em responder estas 5 perguntas chave que vão nos levar ao sucesso:

1. Que tipo de mecanismo vamos movimentar?

2. Qual tipo de movimento que o mecanismo deve realizar?

3. Quais as cargas envolvidas no movimento?

4. Que tipo de motor é mais adequado para esta finalidade?

5. Qual tamanho de motor é capaz de atender estes requisitos?

Neste nosso exemplo vamos responder as 4 primeiras perguntas sem uma análise mais profunda, para que possamos dar maior enfase em responder detalhadamente a pergunta de número 5.

Isso não quer dizer que responder as 4 primeiras perguntas seja uma tarefa de menor valor, e que elas requeiram menos atenção do projetista. Ao contrário, vamos tratá-las com maior enfase em séries futuras.

Como aqui já temos um caso de projeto bem específico e conhecido, podemos simplificar a análise, e utilizar essas respostas como dados de entrada para focar no nosso objetivo que é escolher um motor para movimentar o mecanismo.

Então vamos lá!

1. Que tipo de mecanismo vamos movimentar?

Resposta:

Para começar a responder vamos pensar sobre 2 aspectos:

a. Como classificar o mecanismo de acordo com o tipo de movimento e quantifica-lo de maneira geral.

  • Mecanismo de translação linear com velocidade máxima (G0) de 3000 mm/min.
 

b. Quais são os elementos que conduzem mecanismo e quais são suas características principais.

  • O mecanismo é conduzido por fuso de esferas re-circulantes com passo de 10 mm, Ø 25 mm e rendimento de 90%.
  • E está apoiado em guias lineares prismáticas de esferas de 20 mm com coeficiente de atrito estático = 0,003.

motor-de-passo-cnc
Veja um exemplo do mecanismo na imagem acima, é um típico eixo X ou Y de movimento de qualquer máquina CNC.

Apenas para lembrar, vamos deixar para uma próxima série o estudo do dimensionamento destes componentes e das possíveis variações deste sistema mecânico.

2. Qual tipo de movimento o mecanismo deve realizar?

Resposta:

Essa pergunta pode parecer um pouco confusa ou até mesmo um pouco redundante, pois num primeiro momento podemos ter a impressão de que ela é muito similar à anterior.

Isso não é verdade, o que precisa ser esclarecido neste ponto é como o movimento deve acontecer. Por exemplo:

  • Movimentos dinâmicos com alto número de partidas e paradas.
  • Aceleração suave de partida e parada.
  • Precisão de posicionamento na parada.
  • Velocidade controlada com precisão.
  • O motor fica ligado direto ou liga e desliga com frequência?
  • Quando o motor precisa ligar ou desligar ele pode dar um tranco?
  • É importante que a posição de parada do motor tenha precisão?
  • A velocidade com que o mecanismo se desloca deve ser controlada?

Perceba que todas essas perguntas acima poderiam ter sido feitas para mecanismos diferentes, como:

  • mecanismos de rotação
  • mecanismos de levantamento
  • etc…

 

3. Quais as cargas e perdas envolvidas no movimento?

Resposta:

  • Peso próprio das partes móveis do mecanismo que é de 40 kg.

Existem outras cargas e perdas neste sistema, mas estas representam o 80/20 para este mecanismo.

Você pode se perguntar, mas não está faltando o esforço de corte (usinagem) caso este fosse um projeto de router?

A resposta é não! Parece estranho, né.

Vou explicar isso um pouco melhor…

Fazer um estudo de esforço de corte vai levar por um caminho pouco produtivo.

Você deveria considerar esta opção apenas se você tiver uma grande experiência na área de usinagem e estiver envolvido em um projeto de máquinas de usinagem de alto desempenho. É muito provável que em um projeto deste porte você deve optar pelo uso de servomotores e não de motores de passo.

Quando estivermos utilizando o gráfico Torque x Velocidade para selecionar o motor, lá no final desta série, você vai perceber que existe um caminho mais fácil, para o nosso caso.

4. Que tipo de motor é mais adequado para esta finalidade?

Resposta:

  • Servomotor, ou
  • Motor de passo ( é este que vamos escolher )
  • Talvez seja necessário o uso de uma transmissão intermediária (vamos avaliar isso durante a resposta da pergunta 5)

Escolher o motor de passo para o nosso estudo de caso é sem dúvida uma decisão acertada. Este tipo de motor, se bem escolhido, vai garantir um ótimo custo x benefício para o seu projeto.

Não temos a intenção de apresentar as diferenças entre servomotor x motor de passo. Isso é um outro assunto e merece uma séria dedicada.

 

O que fazer agora?

Bom, agora que conhecemos todas estas respostas, podemos utilizá-las como dados de entrada para responder a pergunta número 5.

E é exatamente isso que vamos começar a fazer na parte 2 desta série.

Então se você gostou deixe um comentário, compartilhe nas suas redes sociais e assista o vídeo abaixo para complementar seus conhecimentos.

Se você está gostando deste conteúdo, então você vai querer uma cópia 100% gratuita do e-book 5 Passos para Escolher o Motor de Passo da sua CNC.

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