Acionamentos

Para possibilitar a movimentação da máquina em seus respectivos eixos é necessário determinar quais tipos de acionamentos deverão ser utilizados em sua construção. Atualmente existem vários tipos diferentes de acionamentos rotativos e lineares capazes de atender a necessidade do projeto.

É predominante o uso de acionamentos rotativos durante o projeto de uma máquina CNC, devido à grande variedade de oferta e facilidade de seleção dos mesmos, sendo frequente a utilização de três tipos básicos de acionamentos rotativos que são: motores assíncronos, servomotores de corrente continua, servomotores de corrente alternada e motores de passo.

Os motores assíncronos como pode ser observado na Figura 20, podem ser aplicados em áreas em que não é exigida alta precisão, não são muito indicados para sistemas de malha fechada, seu controle é feito por variadores de frequência, de forma que possam ser executadas variações continuas de velocidades sem a necessidade de caixas de redução (STOETERAU, 2014).

Figura 20 - Motor assíncrono

Para os servomotores conforme a Figura 21, existe duas categorias, os servomotores de corrente contínua e os de corrente alternada. De uma forma geral servomotores são motores de alta qualidade ligados a um mecanismo de feedback que compara o resultado desejado enviado ao servomotor com o posicionamento final do equipamento medido por um encoder e, dessa forma, o sistema corrige a diferença de posição, são utilizados quando são necessárias condições de partidas e paradas de forma rápida e precisa. Neste tipo de acionamento o torque é controlado pela corrente e a velocidade pela tensão elétrica. Quanto aos servomotores de corrente alternada, são motores de indução com possibilidade de reversão, os quais possuem fases modificadas para servo-operação, podendo ser síncronos ou assíncronos.

Figura 21 - Servomotores

Fonte: Acelab, 2018.

Os motores de passo são amplamente utilizados quando é necessário precisão em alguma operação pois, os mesmos, através de sinais elétricos nas bobinas geram força e velocidade, ou seja, “um motor de passo é um transdutor de características eletromecânicas que permite a conversão de energia e de informação em movimento. Sua alimentação é elétrica digital, ou impulsional, e seu movimento rotacional é incremental” (BETIOL, 1989).

Os motores de passo podem ser classificados em três categorias: os motores de imã permanentes, os motores de relutância variável e os motores híbridos.

Os motores de imã permanentes conforme a Figura 22, tem um rotor magnetizado em um eixo liso fazendo com que a mecânica seja menos complexa e mais acessível. Possui a

vantagem que ao somar o campo magnético das bobinas com o campo magnético permanente gera maior potência na partida; porém em relação a outros motores possui um passo maior comprometendo a precisão.

Figura 22 - Motor de passo de imã permanente

Fonte: UNESP

Os motores de relutância variável têm de três a cinco bobinas que estão conectadas a um terminal comum conforme visto na Figura 23. O rotor não contém um imã e é feito de ferro; a energização das bobinas forma o campo magnético para alinhar o eixo e esse campo não será permanente, consequentemente o torque será menor na saída (UNESP, 2013).

Figura 23 - Motor de Passo de Relutância Variável

Fonte: UNESP

Para (BETIOL, 1989) “os motores de passo híbrido combinam as características dos motores de passo de imã permanente (rotor permanentemente magnetizado) e de relutância

variável (rotor e estator providos de polos salientes)” isto é, a combinação dos motores descritos anteriormente, conforme a Figura 24, que permite um torque maior com maior precisão nos passos.

Figura 24 - Motor de Passo Híbrido

Fonte: UNESP

O controle destes motores é feito através de drivers eletrônicos que possuem todos os sistemas necessários para o funcionamento do motor em um só lugar, desta forma torna-se dispensável o conhecimento amplo a respeito das configurações físicas do motor. De uma forma mais simples o controle dos motores de passo com a utilização de drivers se resume a definir qual ligação elétrica foi selecionada, qual o micropasso selecionado, o sentido de rotação, e enviar pulsos elétricos ao driver para que o motor incremente passos ao seu deslocamento angular.

Atualmente devido ao avanço tecnológico e a popularização deste tipo de motor em projetos diversos, aliado a produção em massa, tornou-se possível encontrar várias opções de drivers para motores de passo com um bom custo benefício. Dentre essas várias opções serão descritos alguns controles possíveis de se encontrar atualmente.

O Easy driver visto na Figura 25, é simples e muito usado para controlar motores de passo podendo ser utilizado em componentes eletrônicos que possuam uma saída digital com pulso de 0 a 5V, a alimentação do driver pode ser definida em qualquer valor entre 7 e 30 V e conta na sua estrutura com um regulador de tensão para interface digital. O driver pode

controlar motores de passo bipolares de 4, 6 ou 8 vias. Sua corrente elétrica é ajustável entre 150 a 750mA por via.

Figura 25 - Easy driver

Fonte: Filipeflop

Abaixo na Figura 26, pode ser observado um esquemático, mostrando de forma simplificada a ligação do driver ao motor.

Figura 26 - Easy driver

Fonte: Filipeflop

Caso necessário mais que 750mA por via, é necessário a substituição do Easy driver por um driver mais potente como por exemplo o modelo DRV8825 conforme Figura 27, da fabricante Pololu. Este driver apresenta limitação de corrente ajustável, podendo fornecer

1,5A por fase sem resfriamento ou 2,2A por fase com resfriamento adicional além de possuir proteções contra superaquecimento e sobrecorrente, possui seis resoluções de microsteps (chegando em até 1/32-step), sua tensão de operação pode variar em qualquer valor entre 8,2 e 45V. Entretanto assim como o Easy driver o DRV8825 suporta apenas ligação bipolar.

Figura 27 - DRV8825

Fonte: Pololu

A ligação deste driver ao motor é de certa forma simples, no geral apenas dois fios se fazem necessário para controlar o motor de passo, como pode ser visto na Figura 28.

Figura 28 - Esquema elétrico de ligação

Fonte: Pololu

O driver TB6600 conforme a Figura 29, é uma solução ainda mais robusta para controle de motores de passo, podendo operar numa faixa de tensão de 9 a 42V e em uma

faixa de corrente de 0,5 a 3,5A suportando picos de 4A possuindo ainda 7 resoluções de microsteps (chegando em até 1/32-step), conta com sistemas de superaquecimento, sobrecorrente e curto-circuito.

Figura 29 - Driver TB6600

Fonte: DFRobot

A ligação deste driver assim como a dos outros apresentados não demonstra alta complexidade, como pode ser visto na Figura 30.

Figura 30 - Esquema elétrico de ligação