步進電機驅動在3D打印應用的學習筆記(一)

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本文參考以下網友的文章,然后自行補充了一些內容，算是自己學習過程的積累。

http://www.log4cpp.com/diy/3dprinter/46.html

1、3D打印機計算步進電機脈沖的網址：

https://blog.prusaprinters.org/calculator_3416/

2、3D打印機計算步進電機脈沖幾種類型

2.1、同步帶驅動

2.1.1、步距角

常見：0.9°、1.8°、7.5°

對應步進電機旋轉一周的脈沖個數計算公式：

脈沖個數 = 360° / 步距角

如果不考慮其它(驅動板細分、同步輪齒數及同步帶類型)的因素，則對應的常見計算表格如下：

常見步距角	對應的脈沖個數計算
0.9°	360°/0.9° = 400
1.8°	360°/1.8° =200
7.5°	360°/7.5° =48

可左右滑動查看

2.1.2、驅動板細分

常見驅動板細分：2、4、16、32、64、128、256

對應的，如果是2細分，則原來一個脈沖可以控制轉動一個步距角，現在要乘上相應的倍數，如果是4細分，則需要乘以4，以此類推，所以我們又可以得到以下計算公式：

脈沖個數 = 360° / 步距角 * 細分數

如果不考慮其它(同步輪齒數及同步帶類型)的因素，以步距角0.9°為例，對應不同電機驅動板細分的計算方法：

步距角	細分數	對應脈沖個數
0.9°	2	360°/0.9° x 2 = 400 x 2 = 800
0.9°	4	360°/0.9° x 4 = 400 x 4 = 1600
0.9°	16	360°/0.9° x 16 = 400 x 16 = 6400

可左右滑動查看

2.1.3、同步齒輪數和同步帶類型

齒輪數可以看規(guī)格書或者自己數，還有一個要點是支持同步帶的型號，比如GT2 ,代表同步輪兩個齒輪的節(jié)距為2mm ，在3D打印技術中，需要進行移動的時候，比如控制打印頭和熱床的移動就會用到同步帶和同步齒輪，那么同步帶帶動打印頭或者熱床前進nmm所需要的脈沖計算方法如下：

步進電機驅動n細分轉動一圈所需的脈沖個數 = 360° / 步距角 * 細分數

同步帶轉動一圈的距離 = 同步輪齒數 * 齒輪間節(jié)距

同步輪需要的脈沖數 = 步進電機驅動n細分轉動一圈所需的脈沖個數 / (同步帶轉動一圈的距離) * s位移(mm)

以步距角為1.8°、細分數為16、同步輪齒數15個、齒輪間節(jié)距2mm，根據同步輪脈沖數計算方法如下：

同步輪需要的脈沖數走1mm需要的脈沖數 = (360° / 1.8° * 16 ) / (15 * 2) * 1 = 106.67

2.2、絲桿驅動

絲桿驅動是3D打印中相當關鍵的一部分：

優(yōu)點：精度高、傳動效率高

缺點：速度慢

在3D打印機中，絲桿驅動最典型的應用就是Z軸的抬升，如下圖所示：

關于絲桿驅動，我們做嵌入式軟件開發(fā)的人員需要了解接下來的技術參數，這樣才能幫助我們更好的去寫代碼實現相應的功能。

2.2.1、技術參數

• 絲桿螺距P
  螺距就是相鄰兩個螺線的距離。

• 導程L
  導程就是絲桿旋轉360°，絲桿上的T型螺母移動的距離。

• 頭數n
  頭線指的是絲桿上螺線的數量。(下圖中用不同的顏色表示出不同的螺線)
  
  

前面我們已經知道了，假設用16驅動細分的步進電機對步距角為1.8°的步進電機進行控制，我們可以得到步進電機旋轉一周的脈沖數為：

步進電機驅動n細分轉動一圈所需的脈沖個數 = 360° / 步距角 * 細分數 = 360° / 1.8 * 16 = 3200

那么當步進電機以一個4頭螺距2mm的絲桿為軸(導程 = 螺距 * 頭數 = 2 * 4 = 8mm)，因此在對于3D打印機來說，Z軸的上升和下降，計算方法如下：

絲桿移動1mm 所需的脈沖個數= 步進電機驅動細分脈沖個數 / 導程 ?= 3200 / 8 = 400

2.3、齒輪驅動

齒輪驅動在3D打印機中最典型的應用就是送料，也就是將耗材從擠出機里擠出來，將耗材附著在熱床的表面，完成每一層的打印。

齒輪上的一個點旋轉一周產生的距離就是耗材移動的長度，即是齒輪的周長。

比如我們使用的齒輪驅動是MK8：

一般情況下MK8用的齒輪直徑是11mm，那么齒輪旋轉一周的周長就是：π * 11 = 3.14 * 11 = 34.54mm

我們先來回顧以下步進電機驅動n細分轉動一圈所需的脈沖個數的計算方法：

步進電機驅動n細分轉動一圈所需的脈沖個數 = 360° / 步距角 * 細分數

那么步進電機控制齒輪移動擠出耗材距離的脈沖個數計算方法如下：

耗材移動n毫米所需的脈沖個數 = (步進電機驅動細分轉動一圈所需的脈沖個數 / 齒輪旋轉一周的周長) * s(位移，單位為mm)

以步進電機驅動板細分數為16的來驅動步距角為1.8°的步進電機，然后控制MK8齒輪完成3D打印機耗材擠出，則計算方法如下：

耗材移動n毫米所需的脈沖個數 = (360° / 1.8° * 16) / ( π * 11) ?* 1mm = 3200 / 34.54 * 1mm = 92.64

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