Hlučnost je jedna z prvních věcí, které si všimneme, když začínáme pracovat s cnc frézkou. Když nebereme v úvahu samotné obrábění, kdy se o velikou hlučnost stará odebírání třísek, popřípadě chod samotného vřetena, hlavním zdrojem hluku jsou pohony os. U menších frézovacích strojů se jedná většinou o krokové motory a jejich vibrace.
Krokový motor poskytuje přesné řízení bez zpětné vazby, kdy vždy otočí o určitý úhel, jinými slovy krok. Ten, jak víme, můžeme ještě zmenšit pomocí tzv. mikrokování, které nám sice zvýší přesnost a zařídí plynulejší pohyb, ale zmenší to jeho momentovou charakteristiku.
Vibrace ani nemusí být na první pohled postřehnutelné, ale mohou být zesíleny mechanickým ústrojím, které je na něj připojeno. Můžou vypadat zhruba takto.
V každém případě se snažíme vyhnout pohybů v blízkosti rezonančních frekvencí, kde jsou vibrace nejvíce zesíleny. Můžeme tedy “pohybovat” frekvencemi jak samotným motorem tím, že se nebudeme přibližovat rezonančním frekvencím nebo změnit pohybové ústrojí například jeho určitým zatížením. Tím se posune rezonanční pásmo. U pokročilejších zařízení se uplatňuje Fourierova analýza pro zjištění vlastních frekvencí pohybové ústrojí, kdy se vlastní frekvence zjistí na základě rozkmitání soustavy známou frekvencí a následného porovnání s vibrací na výstupu. U jednodušších strojů je většinou jednodušší vyzkoušet možná nastavení.
Správné dimenzování motoru
Dimenzování motoru bych chtěl zmínit hned jako první, protože to můžeme dobře ovlivnit již před samotným návrhem pohybové soustavy. Motor má ve specifikacích uveden svůj nominální moment, který musí vzít v úvahu současně se zátěží, kterou motor bude muset překonávat. Když se motor poddimenzuje, s největší pravděpodobností bude ztrácet kroky a může se “sekat”. Na druhou stranu není dobré motor výrazně předimenzovat, pak příliš velké momentové rázy mohou způsobit vibrace. Většinou je ale na driveru nastavení maximálního proudu, kterým se toto dá omezit (Proud je lineárně závislý s momentem).
Použití tlumičů krokového motoru
Poměrně jednoduchým a rychlým způsobem (pokud je na to místo) je použití tlumičů krokových motorů. Jádro tlumiče, obaleno v silikonovém gelu, zvyšuje moment setrvačnosti a společně se zmíněným gelem pomáhá absorbovat energii vibrací a tím zvyšuje tlumící efekt. To může mít jednak efekt na hlučnost, ale také na koncovou přesnost dané osy.
Použití motorů s vyšším rozlišením
Standartní motory jsou vyráběny s rozlišením 1.8° pro plný krok, pokud se jedná o dvoufázové zapojení a 0.72° pokud se jedná o zapojení pětifázové. Rotor těchto motorů je většinou vybaven 50 zuby. Nicméně někteří výrobci vyrábějí rotory se 100 zuby, čímž zlepší na rozlišení plného kroku o polovinu a to na 0.9° u dvoufázového zapojení, respektive 0.36° u zapojení pětivodičového.
Z principu pomůže pouze použití motoru s pětifázovým zapojením, který má 10 statorových polů místo klasických 8mi. To zvyšuje rozlišení pro jeden plný krok z 200 na 500 kroků na otáčku.
Více informací o porovnání dvou a pětifázových motorů je k dispozici na tomto odkazu .
Použití mikrokrokování
Další možnost co se nabízí a z dostupných metod je prakticky nejjednodušší, je mikrokování. Nejjednodušší je proto, že se dá většinou nastavit přímo na driveru pomocí několika málo přepínačů. Jedná se vlastně o rozdělení proudu do jednotlivých fází. Mikrokrování o něco sníží momentovou chrakteristiku, ale pohyb je hladší a přesnější. Tím se sníží hluk vydávaný do okolí.
Použití převodu
Převodovku obvykle používáme pro zvýšení momentu, zatímco se sníží rychlost (převod do pomala). Tato další zátěž tlumí vibrace přenášené z motoru na pohybovou soustavu. Dále výstupný moment je s použítím převodovky konstantnější a soustava se chová stabilněji. Také se tím eliminují překmity při najíždění do stanovené polohy. Většinou se jedná o planetovou převodovku.
Na obrázku je zobrazen rozdíl ve vibracích při použití, respektive nepoužití převodovky.
Závěr
Vibrace a hluk krokového motoru většinou bývá souhra více věcí najednou a u každé aplikace je potřeba se s ním vypořádat individuálně.
