Moteur PAP et vibrations...

[Marc67]

Bonjour,
J'ai ouvert ce post pour discuter et prendre vos avis sur la problématique genèrés par les vibrations des moteurs PAP.

En effet lors d'une rotation même à très faible vitesse, le mouvement d'un pas (ou d'un demi, voir d'un quart de pas) est toujours " brusque".
Ce état de fait se traduit par une succession d'acoups qui doit fatiguer prématurement la mécanique (je suis imaginé à la place d'une bille dans une vis à bille) et doit logiquement se traduire par une vibration sur l'arrête de coupe de l'outil.
Hors ces vibrations sur un usinage doivent être négatives (par opposition au mouvement linéaire d'un servo-moteur.)

J'ai essayé le couplage rigide en bout d'axe (une VAB) au debut et au vu du bruit genèré et des faibles performences, j'en ai déduit que c'est la pire des solutions.
Puis j'ai essayé l'accouplement avec disque caoutchouc, mais j'ai vite abandonné pour une raison de précision, en effet avec une VAB au pas de 5mm et un moteur de 200 P/tour un rapide calcul me donne une résolution de 0.025 mm par pas avec une precision de +/-1 pas soit 0.05 sans le jeu de l'accouplement.
Et toujours ces vibrations...

Ce qui m'a ramener à la courroie avec un montage 32/40 ou 24/30 soit 4/5; cette fois je tiens mon 0.01mm théorique en 1/2 pas (avec toujours une precision de +/- 1 pas plein)
Réduire le moins possible car un PAP d'autant + si c'est un "gros" ne tourne pas très vite 800 T/min max, après c'est la loterie car le couple s'effondre trop.
Avec un entrainement à courroie, on sépare la contrainte mecanique d'alignement moteur-VAB et on limite fortement les acoups.

Bon, à ce stade là c'est pas mal, mais les vibrations du moteur sont importantes , d'autant plus importante que l'intensité est forte.
2 experiences sont révélatrice du problème:
1) poser le moteur sur la table de la fraiseuse; faire tourner à vide:
--->la vibration est forte, le moteur se déplace tout seul, le bruit est très important.
2) saisir le moteur à pleine mains et faire tourner....voilà ce que je veux!...un murmure!

J'ai essayé de mettre des silents- bloc sur le moteur, mais le poids du Nema 34 (presque 5Kg, pardon 5 daN) les a fait basculés à un angle incompatible avec un entrainement à couroie (mon moteur est monté horizontalement, c'est la débandade ; pardon pour les usineuses)...J'ai donc opté pour la fixation rigide du moteur sur une plaque qui elle est monté sur une série de silent-bloc, c'est mieux.
Bien entendu aucune liaison mecanique entre l'ensemble plaque moteur et le reste de la table ou du bati (hormis les fils). Si le moteur doit être capoté et ventilé, fixer l'ensemble à la plaque "mobile".
Par la suite, j'ai mis une partie des silent-blocs en compression (4 pièces), les autres (4 aussi) en libre. En creusant le support d'1,5mm sur 4 SB, les 4 autres se trouvent comprimés, quelque rondelles pour tenir l'horizontalité et voilà mon bruit est raisonnable.
A l'accéleration ou au brusque changement de sens mon moteur gigote un peu et la mécanique me dit merci.
J'ai gagné en vitesse et étonnament en précision par rapport à montage vissé malgré cette liberté du moteur à gigoter un peu.
Quand le mouvement rencontre un point dur, l'ensemble "arrondit".
J'ai mis un comparateur avec une avance 0.01mm par 0.01mm, j''obtiens des ecart au max de 0.02mm, alors qu'en rigide j'obtiens des points à 0.03 voir 0.04mm le moteur tourne mais la mécanique n'avance pas, pareil au point suivant, puis tout vient dans un petit claquement mais bon 0.04mm sur la montre !)

Je n'ai pas trouvé beaucoup de lecture sur le forum sur le montage de silents-bloc avec des PAP, mais j'aimerais connnaitre vos avis sur la réduction des bruits et vibrations mis en oeuvre par vous autres...

Voilà, j'ai fini ...merci de m'avoir lu. J'aurais grand plaisir à suivre vos commentaires.

 

[Louis RAMEL]

Bonjour,
Pour réduire les vibrations en plus de tout ce qui est dit il faut rajouter que les drivers de puissance numériques sont conçus spécialement pour réduire les vibrations a faible vitesse.
A++

 

[domi.U&M]

Bonjour,

Dans toute votre reflexion, je vous proposerais d'ajouter la notion suivante:

- un moteur pas a pas n'est pas un actionneur complet. il faut lui ajouter l'electronique de commande pour obtenir un actionneur.

C'est en fait la distribution du courant par cette electronique et sa logique (communement appele driver) qui va faire la qualite du resultat attendu (sens, couple, vitesse, acceleration, maintien angulaire). les liaisons mecaniques deformables du moteur, dans votre etude, seront dans tous les cas un pis aller toujours consommateur de puissance.


Cordialement.

 

[Minato]

J'utilise en fraisage depuis 4 ans des moteurs pas a pas, et je n'ai jamais constaté ce que tu décrits, tu dois avoir plusieurs soucis, déjà pour que ta machine ne bouge pas et prenne d'un coup 4/100 eme, c'est qu'il y a des points durs dans ta mécanique, ensuite, comme certains l'ont déjà dit, les pb de "vibrations" des moteurs viennent des drivers de mauvaise qualité ou mal configurés

 

[Marc67]

Merci pour vos éléments de réponses.
Effectivement , je n'ai pas abordé les drivers et il est vrai que le pire cotoie le meilleur.
Pour ma part , j'utilise un driver de chez Soprolec:
http://www.soprolec.com/catalog/command ... Path=25_28
C'est vrai que avant j'utilisais des drivers à base L297 et le resultat et la fiabilité était descevante. En plus je pouvait griller les saucisses dessus !
Je configure mes drivers au 16/pas et je n'ai pas d'amélioration au delà.
J'ai aussi une bonne alim à transfo redressé (1000VA) et j'ai ajouté 10000µF par moteur et je pilote avec 73V mesuré.

Enfin pour mesurer la mécanique , j'ai trouvé sur Ebay un comparateur numérique course de 50mm au µ de chez Mitutoyo occasion (80€ quand même) , car au 100ème , on masque un peu les defaut lors de saut 100ème/par 100ème.

J'ajoute que je serre aussi les lardons un peu plus que pour une utilisation manuelle.

Cependant la reponse de harnais2 m'interpelle, en effet si je dessere mes lardons pas de problème, à vide aucun problème.
Mais en serrant raisonnablement sur des glissières propres et huilés, je n'ai jamais eu un déplacement parfait.
Des point durs, j'aurais tendance à dire que c'est normal; on est dans une logique de frottement.
Si tu fait un programme du style avance 0.01mm pause 0.25s (le temps de voir quand même), puis 0.01mm sur une course de significative (au moins 20mm), je serais étonné que tu ai tous tes centièmes qui repondent présent.
Si c'est le cas en serrant un peu les lardons, tu arriveras inévitablement au problème...
Le comparateur au µ (soit 0.001mm) m'aprend deja qu'un coup c'est 0.009 puis 0.012mm.
Maintenant peut-être que je serre un peu trop mes lardons, mais je me dis aussi que l'avantage des moteurs c'est aussi de réduire un peu les jeux.

En tout cas, j'ai toujours un meilleur resultat avec silent-bloc et moteur qui gigote que montage rigide.
Ensuite parlons du bruit qui n'est qu'une conséquence de la vibration, l'ideal serait d'avoir le même son que moteur en main.
J'habite dans une immeuble des années 30 sans béton, les murs sont contituées de briques pleine, les plafonds et l'armature en poutre en bois.
L'isolation phonique ne vaut pas le béton, mais la fraiseuse se trouve au sous -sol mois au 2ème.
Il m'est arrivé de laisser la machine travailler seule pour faire des trous en G03 (interpolation circulaire).
Au 2 ème je n'entend pas le bruit du moteur de broche, ni le fraisage; par contre l'inversion de sens , les accélérations , j'exagère à peine si je dis que je l'entend mieux que face à la machine.
Les frequences de vibrations (même moteur à vide) traversent les murs sans soucis avec très peu d'atténuation.
Si je pose une mousse sous le moteur posé sur la table c'est nickel.

J'ai aussi pris des exemples à faible vitesse, car + vite les dB se bousculent et les defauts ne s'arrangent pas.
Sur une pièce usinée je n'ai pas de problème de precision, mais je me rassure au comparateur classique au 100ème et si cela bouge c'est faible. Au mitutoyo au µ, c'est la cata...

Maintenant , je lis souvent sur le forum des montages avec des VAB chinoises qui annoncent un backlach (inversion de sens) inférieur à 0.01mm alors que aucun fabricant de qualité SKF , INA ou autre, même dans la qualité "rectifié" et ecrou préchargé n'avanceras une precision inférieure au double.
Déjà trouver des roulements coniques avec backlach de 0.01mm mesuré avec charge, alors les VAB...

J'ai l'intime conviction que les defauts d'une VAB chinoise mesuré avec un comparateur chinois sont les même qu'une VAB de marque mesuré au mitutoyo...

Pour info, je n'utilise que des VAB ...chinoises, non pas par choix, mais par le choix de Madame...

Je vais dessèrer un peu mes lardons...
A+

 

[erolhc]

Bonjour

Je t'invite à faire des calculs d'incertitudes sur ton matériel

Moteur PAP : 5 % au tour (et pas forcément uniformément réparti)
VAB C7 : 53µ/300 mm (pas forcement régulier sur la longueur)

etc .

 

[Louis RAMEL]

Bonjour,
Je reviens sur les drivers numériques c'est pour moi très important j'ai essayé différent types de drivers dont ceux de soprolec et je peux certifier que les drivers NUMERIQUES avec DSP améliorent sérieusement les vibrations a basse et moyenne fréquence. Le drivers qui est donné comme exemple n'est pas un drivers numérique mais un simple drivers sinusoîdal.

Attention aussi a une erreur couramment commise y compris par moi des moteurs TROP PUISSANTS AUGMENTENT les vibrations.
A++

 

[Marc67]

Merci Louis ,
Justement , c'est une question que je me posais; cette génération avec DSP est-elle vraiment aussi interessante que tu le dis?
Est-ce vraiment "le jour et la nuit"; parce que la génération sinusoidale n'est pas mauvaise.
Le passage d'un pas à un autre même avec une vitesse au minimum reste toujours brusque ?
En fait , il faudrait dans l'absolu il faudrait pouvoir passer d'un pas ou d'un demi pas en 1seconde à vitesse mini de chez mini.
J'attendrais ta reponse avec impatience.
L'idée de supprimer mon 1000VA et les condos m'interesse, par contre le prix des drivers se reprochent des drivers de Servo.
http://www.soprolec.com/catalog/command ... Path=25_28
...un bras non 2 bras quand même...
Et le bruit devient douceur ?

Pour chlore
Pas autant, pas 5% par tour mais 5% du pas +/- un pas (dixit le datasheet). Mais si 1 pas =0.01mm c'est relativement precis , c'est avec 1 pas=0.125mm par exemple c'est plus genant.
La precision sur les 1/2 ou les 1/4 ou + est plus difficile à obtenir. En + c'est non cumulatif; tu peux faire 1000 tours, si tu n'as pas perdu de pas l'erreur est la même.
Pour la vis , par contre cela peut être cumulatatif; dans ton exemple sur 900mm un ecart de 150µ est dans la tolérence du constructeur.
Maintenant mesurer cet ecart necessite un matériel horriblement cher...

Après je crois que quand on mesure du µ c'est pour mieux faire le centième. Et si on dimentionne tout en respectant le centième, c'est pour travailler à 5/100 sur nos machines, ce qui est déja optimiste.
J'ai aussi acquis un micromètre 0-25mm pour mesurer les pièce du tour; avant avec mon PAC à 15€ j'étais sans doute un des meilleurs usineur de la région mais mes alésages avait toujours un jeu chinois.
Depuis que j'ai ce micromètre, je m'applique et je comprend aussi l'histoire de la dernière passe pour tomber juste.
Ce micromètre m'a rétrogradé à la place de meilleur usineur...du quartier...enfin je crois...

Dans la même rubrique sur le post "Moteur pap, choix du pas ?", je rejoint tout à fait la réponse de jpleroux (la 5 ème réponse) pleine de bon sens et qui resume bien la situation.

Bonjour,

personnellement, j'ai numérisé ma BF20L.

Ta question sur le micro-pas est judicieuse, mais il faut te pose la question avec le pas de la vis à bille associé.

Les moteurs pas à pas que tu trouveras, apparemment normalisé, seront du type 1,8° par pas, soit un réel de 200 pas pour un tour. Les contrôleurs (Drivers) genre DM42 commence pour certain (configuration) à 400 pas, donc déjà une division 1/2 ...
Pour les VAB, si tu prends pour le X et Y du D16 (chinois), tu trouveras aussi que du pas 5, donc pas terrible car 400pas pour 500/100e cela ne tombe pas bien!

Concrètement, j'ai mis des VAB chinoises au D16 au pas de 5 pour les X et Y et D20 au pas de 5 pour le Z. Les drivers sont configurés pour 1000 pas par tour soit 1/5e et cela fonctionne parfaitement (pas de problème de couple, ni de vitesse) avec une bonne précision => répétabilité de 4/100e.
Vitesse max sur X et Y => 1200mm/mn après la résistance mécanique provoque un décrochage et la perte de pas.
Vitesse max sur le Z => 500mm/mn (on peut aller plus vite, mais il faut alors compenser le poids de la tête pour la montée .... en cours pour moi )

Ensuite, si l'on parle de précision, n'oublie pas aussi que la précision des chariots rentrent en compte, c'est à dire que si tu veux un max de précision, il te faudra serrer tes lardons et donc effort plus important pour le moteur qui signifie vitesse moindre.
Pour info, les glissières des chariots s'usent assez vite et prennent donc du jeu. Fait des mesures à différentes position du chariot, en bloquant tes lardons et tu verras que tu as toujours un jeu de 2 à 4/100e (selon les endroits).

Donc selon moi, sur du chinois type BF20L, il est illusoire d’espérer descendre sous les 5/100e de précision, en répétabilité dans le temps bien sûr et avec ce type de "contrainte", demande aussi une bonne maintenance sur les réglages des lardons (astuce après plein d'essai => il adore la graisse fine au lithium complexe ).

JP

NB; j'ai pas dis mais ma fraiseuse est une BF45 (genre SX3 chez les autres).
Mais ne dites pas que vous avez pas de jeu !

 

[Louis RAMEL]

Bonjour,
Un PAP vibrera toujours si on ne veut pas de vibration il n'y a pas d'autre solution que de passer aux servos ce que je suis en train de faire. Mais il est clair que la génération a DSP que j'ai actuellement apportent un net plus vers le basses et moyennes vitesses pour les pap. Je répète quand même que des moteurs PAP trop puissants vibrent beaucoup plus. Voir si les vibrations ne viennent pas aussi de là
A++

 

[Marc67]

Merci Louis,
Mais dans ta vitesse max , observe tu une réduction dans l'ensemble du bruit ? D'ailleurs as-tu gagner en vitesse max avec ces drivers à DSP ?
Je vais tenir compte aussi de ton autre remarque sur le coté "gros moteur = + vibrations) ; en desserant les lardons je doit pouvoir aussi baisser l'intensité.

J'aime travailler avec Mach3 et je me posait la question de remplacer mon axe X par un servo, par contre mon "petit Y" fonctionne très bien.
Peut -être qu'un membre sait-il si on peut panacher un servo pour le X et un PAP pour le Y ?

Le retour du codeur (ou encodeur) sur le servo est gèré par le driver ? ou par le soft ?

 

[Louis RAMEL]

Bonjour,
Le bruit ne change pas a grande vitesse >10T/s oui j'ai eu une amélioration de la vitesse max mais pas vraiment significative elle dépend plus de la rigidité et des résonances de la mécanique.
A++

 

[horsot]

Bonjour à tous,

Arrêter de marcher avec les arguments marketing des marchants/fabricants de drivers.
Tous les drivers actuels sont numérique (ils ont tous un microcontroleur/microprosseseur/FPGA/circuit logique quelconque) même les vieux trucs qui ne font que du pas entier sans régulation de courant.
Quant au "magique" DSP, ce n'est rien d'autre qu'un microcontroleur bête et méchant, souvent un peu plus rapide, avec une unité "multiplicateur-accumulateur" de tableaux rapide (pour faire des filtres numériques) et des convertisseurs analogiques numériques plus rapide. La valeur ajouté est dans le programme qu'il y a dedans, et il y a de fortes inégalités entre les drivers. Franchement, mettre un DSP dans un driver ne coûte vraiment pas grand chose au fabricant surtout quand l'on voit l'argument marketing que ça provoque.

Assez de bla bla, je vous fais un topo sur la commande d'un moteur pas à pas :

Un moteur pas à pas est avant tout un servomoteur brushless avec 50 pôles au lieu de généralement 6 pour les servo brushless. Si l'on contrôlait les servo comme on contrôle les moteurs pas à pas, il y aurait le même phénomène oscillatoire (en beaucoup plus dramatique vu le faible nombre de pôles).

Le soucis c'est la commande mais surtout l'absence d'information sur la position du moteur (codeurs,...) qui rend la commande aveugle (et donc complexe si l'ont veut bien faire). Donc la quasi majorité des drivers de moteurs pas à pas sont à boucle ouverte (en position) et ne font que de contrôler les deux courants des enroulement moteurs espérant que le moteur suive.
En fait, un moteur pas à pas est un système "masse-amortisseur-ressort" (une fonction du second ordre pour les automaticiens). Lorsqu'on sollicite ce dernier système, on va se retrouver à faire des oscillations à une fréquence fortement dépendante de la masse et du ressort, puis il va trouver un point d'équilibre au bout d'un certain temps qui dépendra de l'amortisseur.
Dans le moteur pas à pas :
- la sollicitation est la commande d'un pas (par le courant des enroulements)
- la "masse" est l'inertie du moteur et de ce qu'il entraîne
- le "ressort" est le couple de maintien du moteur
- l' "amortisseur" est les différents frottements du moteurs mais le fonctionnement du moteur en générateur.

Si au lieu de faire une sollicitation brusque du système on fait une sollicitation plus progressive, les oscillations seront plus faibles. C'est le principe du micropas, on multiplie les petites sollicitations en faisant des petits pas. Mais l'oscillation va quand même exister et lorsque la vitesse du moteur va être égale à la fréquence de résonance du précédant système "masse-ressort-amortisseur", l'oscillation va s'accumuler et s'auto-entretenir provocant des vibrations importante. Ces vibrations pour un moteur pas à pas classique se trouvent en moyenne fréquence.

Certains drivers amortissent ces oscillations en jouant sur la régulation du courant de 3 façons :
1 - Modifier la valeur du courant des 2 enroulements (de façon proportionnelle l'une à l'autre) lorsque le moteur travaille proche de la fréquence de résonance usuelle du système. En agissant sur ce paramètre il change le couple de maintien du moteur (le ressort) ce qui change la fréquence de résonance du système évitant ainsi qu'il rentre en résonance à cette vitesse.
2 - Il joue sur la manière dont est régulé le courant dans les enroulements. Il va jouer soit sur la recirculation du courant dans l'enroulement (court circuit), énergie reste dans l'enroulement aux pertes ohmiques près. Soit le "court circuit à l'alim" (l'enroulement est branché dans l'autre sens sur l'alimentation) le forçant ainsi à fournir du courant à l'alimentation (de manière très rapide), l'énergie repars se stocker dans les condensateurs d'alim. On peut assimiler ceci à des pertes pour le système (moteur). Se système est connu sous le nom "fast/slow/mixed decay".

Que je sache il n'y a que sur ces deux points que les drivers travaillent pour amortir les vibrations.
Il y a peut être des drivers qui commandent des courts pas dans le sens inverse de la rotation du moteur lorsqu'il estime que le moteur passe au dessus de son pas permettant de le freiner fortement et de casser les oscillations. Je pense que le drivers devrait connaître un minimum de paramètres du système moteur/charge pour être utilisable. C'est un procédé qui est utilisé dans une boucle d'asservissement connaissant exactement la position du moteur.
Un paramètre important est la tension d'alimentation des drivers. Plus cette tension est grande plus le courant dans le moteur changera vite, donc plus son couple aussi. Enfin, plus le couple est important le temps d'un pas plus la vitesse du moteur pendant ce pas sera grande et donc générera plus d'oscillations à chaque arrêt (inertie). Il ne serait pas étanant que certains drivers joue sur la vitesse de variation de couple en fonction de la vitesse du moteur .

Certains drivers ont une fonction de "tuning" qui leur permet de récupérer quelques paramètres électriques du moteur (dont la fréquence de résonance du moteur) qui leur permet ensuite de mieux ajuster leur algorithme de commande du moteur.
Certains drivers ont une entrée d'encodeur faisant marcher les moteurs pas à pas en boucle fermée (driver très cher) tel un servomoteur. Les "pas" ne se sentent plus, plus de vibrations.

Bonne nuit

Xavier

 

[erolhc]

"...Pas autant, pas 5% par tour mais 5% du pas +/- un pas (dixit le datasheet)..."

OK
Curieux le +/-1 pas . Dans ce cas l'erreur serait cumulative suivant le nombre de tours (si tu n'a pas le nombre de pas au tour prévu)

 

[silaman]

Bonsoir

qu'appelez vous la raisonnance dans un moteur, est ce que c'est quand il décroche et perd des pas
parce que si c'est cela, tous mes moteurs le font à partir de 400tr/min env seul ou couplé à la vab
j'ai essayé de mettre du fil blindé, le résultat est le même, c'est un problème vraiment aléatoire, jamais au même endroit
y'a t'il une solution et quelle peut en etre la cause

 

[vince_007]

Si tu utilise MACH3, vérifie que le problème ne vient pas de microcoupure des signaux sur le port //. A pleine vitesse, si le driver de port // de Mach3 s'arrête que quelques micro secondes, ça suffit à faire décrocher un pas à pas.

 

[silaman]

Bonjour,

comment peut on vérifier ces micros coupures?

 

[Marc67]

Bonsoir
tous mes moteurs le font à partir de 400tr/min env seul ou couplé à la vab
j'ai essayé de mettre du fil blindé, le résultat est le même, c'est un problème vraiment aléatoire, jamais au même endroit
y'a t'il une solution et quelle peut en etre la cause

C'est rarement le moteur:
dans l'ordre:
PC_bios et OS
Cable //trop long_merdique_mal enfiché
Alim drivers (capa 1000µF/A minimum)
Interface_conflit masse PC et masse carte
Drivers
Cables moteurs trop long_blindage en l'air
Raisonnance mecanique (faire essais à vide)
masse, masse et masse ! Ton telephone portable...loin!

Fait un essais par palier et longtemps (30s par palier)
Bon courage

 

[silaman]

Bonjour,
le pc est P4 avec 3,2 ghz et 2 go de mémoire tournant sous win XP pro
qu’entends tu par PC_ bios
le câble parallèle est neuf et fait 1 mètre la carte et tout les pilotes sont justes derrière la tour soit 30cm
je vais effectuer les vérifs que tu me conseil

 

[Marc67]

Désolé, j'étais en deplacement ...
PC_bios: c'est dans le bios que tu peux trouver des reponses.
Tu determine le type de fonctionnement de ton port // par exemple : EPP, SPP etc...fait une recherche sur le forum c'est dejà discuté.