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RepRap_Prusa i3_3D打印机步进电机参数计算详解 

2020-08-18 12:00 发布

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        3D打印机的调试中,最重要的就是步进电机参数的设置,这个设置涉及到打印机的精度,甚至是能否成功的关键点。之前整理过一份RepRap Prusa i3 3D打印机自己组装diy的图文教程,但是由于各种原因3D打印机的配置参数方法一直没有整理。今天给大家讲讲如何调试Prusa i3 3D打印机的步进电机参数。

        跟着我的教程一起组装打印机的小伙伴都知道,Prusa i3一共使用了5个打印机(x轴、y轴、e轴各1个,z轴2个),其中x轴和y轴使用同步带驱动,z轴使用丝杆驱动,e轴使用齿轮驱动,今天主要介绍这三种驱动方式的设置方法。

        1、同步带驱动
        同步带驱动的关键部分是3个,步进电机、同步轮和同步带,其原理是:同步轮通过螺丝固定在步进电机的输出轴上,然后把同步带放在同步轮的槽内,电机转动带动同步轮转动,同步轮在通过齿轮上的齿带动同步带一起转动。
         RepRap_Prusa i3_3D打印机步进电机参数计算详解 (2).jpg
        计算同步带的分辨率需要准备一些必要参数。

        1)步进电机的步距角
         RepRap_Prusa i3_3D打印机步进电机参数计算详解 (3).jpg

        步进电机的旋转是靠脉动信号来驱动的,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,步进电机的轴就会转动一个固定的角度,这个转动的角度,就叫“步距角”。最常见的有三种步距角:0.9°,1.8°和7.5°。这三种步距角,也就对应了步进电机每旋转一周(360°),需要的脉冲信号个数为400个、200个以及48个。这个参数是步进电机的内部物理参数,购买步进电机时一定要确认清楚。

        2)步进电机驱动板细分
        与脉冲信号相关的另一个参数是步进细分数,这个参数取决于使用的电机驱动板,驱动电路的主芯片,通常具有驱动细分功能,常见的有1/2、1/4、1/16等,如果是1/16细分代表的含义就是原来一个脉冲可以控制电机转动一个步距角,现在需要16个脉冲电机才能转动一个步距角,如果点击的步距角是1.8°,那么电机旋转一周就需要200*16(3200)个脉冲信号。我是用的Ramps1.4的板子,使用的A4988电机驱动器,如果每个驱动板下边的3个跳线帽都插了,那么就是16细分。跳线帽在下图中用蓝色标出了。
         RepRap_Prusa i3_3D打印机步进电机参数计算详解 (4).jpg
        3)同步轮齿数和同步带型号
        齿轮数很简单了,自己数一数就知道了,prusa i3上对这个型号没有严格要求,而且卖家的也有可能是定制过的,常见的同步轮从十几齿到三十几齿都能在市面上买到,所以一定要数。另外,同步轮还有另外一个参数,就是支持的同步带的型号,例如我之前教程里用的就是GT2,代表同步带上两个齿轮间的节距是2mm,。
         RepRap_Prusa i3_3D打印机步进电机参数计算详解 (5).jpg

        有了参数,计算就很简单了,假如步进电机旋转一周需要3200个脉冲信号,同步轮有15个齿,同步带型号是GT2,也就是节距2mm的同步带,那么步进电机旋转一周,会带动同步轮旋转一周,也就是前进15个齿的距离,对应到同步带上,就是前进30mm的距离(15×2)。在这种情况下,同步带带动打印头或者热床前进1mm,需要的脉冲信号为3200÷30=106.67个。
        如果觉得计算麻烦也可以使用官方的计算器: prusa i3计算器
         RepRap_Prusa i3_3D打印机步进电机参数计算详解 (6).jpg

        2、丝杆驱动
        prusa i3的z轴是使用丝杆来传动,丝杆的优势是精度高,传动效率高,缺点是速度慢,接触过3D打印机的都知道,频繁移动的是x和y轴,z轴只是再打印完一层以后才会升高一层,所以不需要很高的速度。
         RepRap_Prusa i3_3D打印机步进电机参数计算详解 (7).jpg

        同样丝杆驱动也需要几个参数

        1)步进电机的步距脚
        前边已经介绍过如何获取,这里不在重复

        2)步进电机驱动板细分
        前边已经介绍过如何获取,这里不在重复

        3)丝杆螺距
        丝杆中有几个重要参数,分别是逻距(P),导程(L),头数(n)。
        螺距就是相邻两个螺线的距离,导程是指丝杆旋转360度,丝杆上的T型螺母移动的距离,头数是丝杆上螺线的数量(下图中用不同的颜色表示出不同的螺线)。
        查看螺线的条数大家可以看丝杆的头部,有几个丝口入点就有几根,螺距可以在丝杆上涂一点墨水,然后再纸上滚一下,直接测量纸上的距离就可以了。
         RepRap_Prusa i3_3D打印机步进电机参数计算详解 (1).png

        给各位小伙伴举个例子,比如用1/16驱动细分的电机驱动板来去哦的那个步距角为1.8°的步进电机,这时步进电机旋转一周就需要3200个脉冲信号。步进电机以一个4头螺距2mm的丝杆为轴(导程为8mm),因此Z轴上升或者下降1毫米,需要3200÷8=400个脉冲信号。
        同样可以使用计算器来计算:
         RepRap_Prusa i3_3D打印机步进电机参数计算详解 (8).jpg

        LeadScrew pitch填写我们测出来的螺距P,Gear ratio填写n:1(图中是另外一种计算方法,小伙伴们可以想想为什么)

        3、齿轮驱动
        3D打印机的送料是通过齿轮与料紧紧的挤在一起,产生很大的摩擦力,通过齿轮转动,推动料向下或者向上。所以齿轮驱动的原理就很简单了,齿轮上一个点旋转一周产生的距离就是料移动的长度,就等于齿轮的周长。
        一般我们MK8上用的齿轮直径是11cm,所以齿轮旋转一周的周长就是3.14*11=34.54mm
        建议大家还是测一下齿轮的直径,可以用尺子,也可以用线在齿轮上绕一周,记录下位置,然后测线的长度。
         RepRap_Prusa i3_3D打印机步进电机参数计算详解 (1).jpg

        同样还是举个栗子:用1/16驱动细分的电机驱动板来去哦的那个步距角为1.8°的步进电机,这时步进电机旋转一周就需要3200个脉冲信号,电机旋转一周通过齿轮推动料移动34.54mm,料移动1mm需要3200/34.54=92.64个脉冲。
        这个这么简单,应该不需要计算器了。

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