步进电机驱动在3D打印应用的学习笔记

Posted 2021-05-26 Engineer-Bruce_Yang

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本文参考以下网友的文章,然后自行补充了一些内容，算是自己学习过程的积累。

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

1、3D打印机计算步进电机脉冲的网址：

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

2、3D打印机计算步进电机脉冲几种类型

2.1、同步带驱动

2.1.1、步距角

常见：0.9°、1.8°、7.5°

对应步进电机旋转一周的脉冲个数计算公式：

脉冲个数 = 360° / 步距角

如果不考虑其它(驱动板细分、同步轮齿数及同步带类型)的因素，则对应的常见计算表格如下：

常见步距角	对应的脉冲个数计算
0.9°	360°/0.9° = 400
1.8°	360°/1.8° =200
7.5°	360°/7.5° =48

可左右滑动查看

2.1.2、驱动板细分

常见驱动板细分：2、4、16、32、64、128、256

对应的，如果是2细分，则原来一个脉冲可以控制转动一个步距角，现在要乘上相应的倍数，如果是4细分，则需要乘以4，以此类推，所以我们又可以得到以下计算公式：

脉冲个数 = 360° / 步距角 * 细分数

如果不考虑其它(同步轮齿数及同步带类型)的因素，以步距角0.9°为例，对应不同电机驱动板细分的计算方法：

步距角	细分数	对应脉冲个数
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

可左右滑动查看

2.1.3、同步齿轮数和同步带类型

齿轮数可以看规格书或者自己数，还有一个要点是支持同步带的型号，比如GT2 ,代表同步轮两个齿轮的节距为2mm ，在3D打印技术中，需要进行移动的时候，比如控制打印头和热床的移动就会用到同步带和同步齿轮，那么同步带带动打印头或者热床前进nmm所需要的脉冲计算方法如下：

步进电机驱动n细分转动一圈所需的脉冲个数 = 360° / 步距角 * 细分数

同步带转动一圈的距离 = 同步轮齿数 * 齿轮间节距

同步轮需要的脉冲数 = 步进电机驱动n细分转动一圈所需的脉冲个数 / (同步带转动一圈的距离) * s位移(mm)

以步距角为1.8°、细分数为16、同步轮齿数15个、齿轮间节距2mm，根据同步轮脉冲数计算方法如下：

同步轮需要的脉冲数走1mm需要的脉冲数 = (360° / 1.8° * 16 ) / (15 * 2) * 1 = 106.67

2.2、丝杆驱动

丝杆驱动是3D打印中相当关键的一部分：

优点：精度高、传动效率高

缺点：速度慢

在3D打印机中，丝杆驱动最典型的应用就是Z轴的抬升，如下图所示：

关于丝杆驱动，我们做嵌入式软件开发的人员需要了解接下来的技术参数，这样才能帮助我们更好的去写代码实现相应的功能。

2.2.1、技术参数

• 丝杆螺距P

  螺距就是相邻两个螺线的距离。

• 导程L

  导程就是丝杆旋转360°，丝杆上的T型螺母移动的距离。

• 头数n

  头线指的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)

  
  

前面我们已经知道了，假设用16驱动细分的步进电机对步距角为1.8°的步进电机进行控制，我们可以得到步进电机旋转一周的脉冲数为：

步进电机驱动n细分转动一圈所需的脉冲个数 = 360° / 步距角 * 细分数 = 360° / 1.8 * 16 = 3200

那么当步进电机以一个4头螺距2mm的丝杆为轴(导程 = 螺距 * 头数 = 2 * 4 = 8mm)，因此在对于3D打印机来说，Z轴的上升和下降，计算方法如下：

丝杆移动1mm 所需的脉冲个数= 步进电机驱动细分脉冲个数 / 导程  = 3200 / 8 = 400

2.3、齿轮驱动

齿轮驱动在3D打印机中最典型的应用就是送料，也就是将耗材从挤出机里挤出来，将耗材附着在热床的表面，完成每一层的打印。

齿轮上的一个点旋转一周产生的距离就是耗材移动的长度，即是齿轮的周长。

比如我们使用的齿轮驱动是MK8：

一般情况下MK8用的齿轮直径是11mm，那么齿轮旋转一周的周长就是：π * 11 = 3.14 * 11 = 34.54mm

我们先来回顾以下步进电机驱动n细分转动一圈所需的脉冲个数的计算方法：

步进电机驱动n细分转动一圈所需的脉冲个数 = 360° / 步距角 * 细分数

那么步进电机控制齿轮移动挤出耗材距离的脉冲个数计算方法如下：

耗材移动n毫米所需的脉冲个数 = (步进电机驱动细分转动一圈所需的脉冲个数 / 齿轮旋转一周的周长) * s(位移，单位为mm)

以步进电机驱动板细分数为16的来驱动步距角为1.8°的步进电机，然后控制MK8齿轮完成3D打印机耗材挤出，则计算方法如下：

耗材移动n毫米所需的脉冲个数 = (360° / 1.8° * 16) / ( π * 11)  * 1mm = 3200 / 34.54 * 1mm = 92.64

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