步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)在3D打印應(yīng)用的學(xué)習(xí)筆記(一)

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本文參考以下網(wǎng)友的文章,然后自行補(bǔ)充了一些內(nèi)容，算是自己學(xué)習(xí)過(guò)程的積累。

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

1、3D打印機(jī)計(jì)算步進(jìn)電機(jī)脈沖的網(wǎng)址：

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

2、3D打印機(jī)計(jì)算步進(jìn)電機(jī)脈沖幾種類型

2.1、同步帶驅(qū)動(dòng)

2.1.1、步距角

常見(jiàn)：0.9°、1.8°、7.5°

對(duì)應(yīng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周的脈沖個(gè)數(shù)計(jì)算公式：

脈沖個(gè)數(shù) = 360° / 步距角

如果不考慮其它(驅(qū)動(dòng)板細(xì)分、同步輪齒數(shù)及同步帶類型)的因素，則對(duì)應(yīng)的常見(jiàn)計(jì)算表格如下：

常見(jiàn)步距角	對(duì)應(yīng)的脈沖個(gè)數(shù)計(jì)算
0.9°	360°/0.9° = 400
1.8°	360°/1.8° =200
7.5°	360°/7.5° =48

可左右滑動(dòng)查看

2.1.2、驅(qū)動(dòng)板細(xì)分

常見(jiàn)驅(qū)動(dòng)板細(xì)分：2、4、16、32、64、128、256

對(duì)應(yīng)的，如果是2細(xì)分，則原來(lái)一個(gè)脈沖可以控制轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角，現(xiàn)在要乘上相應(yīng)的倍數(shù)，如果是4細(xì)分，則需要乘以4，以此類推，所以我們又可以得到以下計(jì)算公式：

脈沖個(gè)數(shù) = 360° / 步距角 * 細(xì)分?jǐn)?shù)

如果不考慮其它(同步輪齒數(shù)及同步帶類型)的因素，以步距角0.9°為例，對(duì)應(yīng)不同電機(jī)驅(qū)動(dòng)板細(xì)分的計(jì)算方法：

步距角	細(xì)分?jǐn)?shù)	對(duì)應(yīng)脈沖個(gè)數(shù)
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(dòng)查看

2.1.3、同步齒輪數(shù)和同步帶類型

齒輪數(shù)可以看規(guī)格書(shū)或者自己數(shù)，還有一個(gè)要點(diǎn)是支持同步帶的型號(hào)，比如GT2 ,代表同步輪兩個(gè)齒輪的節(jié)距為2mm ，在3D打印技術(shù)中，需要進(jìn)行移動(dòng)的時(shí)候，比如控制打印頭和熱床的移動(dòng)就會(huì)用到同步帶和同步齒輪，那么同步帶帶動(dòng)打印頭或者熱床前進(jìn)nmm所需要的脈沖計(jì)算方法如下：

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)n細(xì)分轉(zhuǎn)動(dòng)一圈所需的脈沖個(gè)數(shù) = 360° / 步距角 * 細(xì)分?jǐn)?shù)

同步帶轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的距離 = 同步輪齒數(shù) * 齒輪間節(jié)距

同步輪需要的脈沖數(shù) = 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)n細(xì)分轉(zhuǎn)動(dòng)一圈所需的脈沖個(gè)數(shù) / (同步帶轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的距離) * s位移(mm)

以步距角為1.8°、細(xì)分?jǐn)?shù)為16、同步輪齒數(shù)15個(gè)、齒輪間節(jié)距2mm，根據(jù)同步輪脈沖數(shù)計(jì)算方法如下：

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

2.2、絲桿驅(qū)動(dòng)

絲桿驅(qū)動(dòng)是3D打印中相當(dāng)關(guān)鍵的一部分：

優(yōu)點(diǎn)：精度高、傳動(dòng)效率高

缺點(diǎn)：速度慢

在3D打印機(jī)中，絲桿驅(qū)動(dòng)最典型的應(yīng)用就是Z軸的抬升，如下圖所示：

關(guān)于絲桿驅(qū)動(dòng)，我們做嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的人員需要了解接下來(lái)的技術(shù)參數(shù)，這樣才能幫助我們更好的去寫(xiě)代碼實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

2.2.1、技術(shù)參數(shù)

• 絲桿螺距P
  螺距就是相鄰兩個(gè)螺線的距離。

• 導(dǎo)程L
  導(dǎo)程就是絲桿旋轉(zhuǎn)360°，絲桿上的T型螺母移動(dòng)的距離。

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

前面我們已經(jīng)知道了，假設(shè)用16驅(qū)動(dòng)細(xì)分的步進(jìn)電機(jī)對(duì)步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，我們可以得到步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周的脈沖數(shù)為：

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)n細(xì)分轉(zhuǎn)動(dòng)一圈所需的脈沖個(gè)數(shù) = 360° / 步距角 * 細(xì)分?jǐn)?shù) = 360° / 1.8 * 16 = 3200

那么當(dāng)步進(jìn)電機(jī)以一個(gè)4頭螺距2mm的絲桿為軸(導(dǎo)程 = 螺距 * 頭數(shù) = 2 * 4 = 8mm)，因此在對(duì)于3D打印機(jī)來(lái)說(shuō)，Z軸的上升和下降，計(jì)算方法如下：

絲桿移動(dòng)1mm 所需的脈沖個(gè)數(shù)= 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)細(xì)分脈沖個(gè)數(shù) / 導(dǎo)程 ?= 3200 / 8 = 400

2.3、齒輪驅(qū)動(dòng)

齒輪驅(qū)動(dòng)在3D打印機(jī)中最典型的應(yīng)用就是送料，也就是將耗材從擠出機(jī)里擠出來(lái)，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(gè)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生的距離就是耗材移動(dòng)的長(zhǎng)度，即是齒輪的周長(zhǎng)。

比如我們使用的齒輪驅(qū)動(dòng)是MK8：

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

我們先來(lái)回顧以下步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)n細(xì)分轉(zhuǎn)動(dòng)一圈所需的脈沖個(gè)數(shù)的計(jì)算方法：

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)n細(xì)分轉(zhuǎn)動(dòng)一圈所需的脈沖個(gè)數(shù) = 360° / 步距角 * 細(xì)分?jǐn)?shù)

那么步進(jìn)電機(jī)控制齒輪移動(dòng)擠出耗材距離的脈沖個(gè)數(shù)計(jì)算方法如下：

耗材移動(dòng)n毫米所需的脈沖個(gè)數(shù) = (步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)細(xì)分轉(zhuǎn)動(dòng)一圈所需的脈沖個(gè)數(shù) / 齒輪旋轉(zhuǎn)一周的周長(zhǎng)) * s(位移，單位為mm)

以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板細(xì)分?jǐn)?shù)為16的來(lái)驅(qū)動(dòng)步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)，然后控制MK8齒輪完成3D打印機(jī)耗材擠出，則計(jì)算方法如下：

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

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