Hilfe für die Auswahl der passenden Schrittmotoren und Endstufen.

Als erstes vorweg, eines der wichtigsten Design Ziele bei CNC Fräsen ist neben einer Verwindungs- und Schwingungsarmen Mechanik die Verfahrgeschwindigkeit. Die wichtigsten Parameter für eine hohe Dynamik des Schrittmotor Antriebs sind eine möglichst hohe Versorgungsspannung der Endstufen. Die Obergrenze gibt die Endstufe vor. Hier muss also beim Kauf ein besonderes Augenmerk gelegt werden. zum anderen sollte der Motor eine möglichst geringe Spulenspannung aufweisen. Also möglichst keine Motoren in serieller Schaltung von 2 Spulen verwenden (siehe weiter unten). Als weiter wesentlicher Parameter für die Endstufen Auswahl gilt der Phasenstrom. Die Endstufe sollte auf jeden Fall den benötigten Phasenstrom des verwendeten Motors liefern können ohne sich zu überhitzen. Hier muss man berücksichtigen, dass es Motoren mit 4, 6 und 8 Anschlüssen gibt.
Bei Motoren mit 4 Anschlüssen entspricht der Phasenstrom genau dem angegeben Wert.
Motoren mit 6 Anschlüssen sind Motoren die pro Phase 2 Wicklungen haben, welche intern als Reihenschaltung verbunden sind. Diese Motoren sind für unipolare Endstufen vorgesehen. Sie können aber auch an bipolaren Endstufen betrieben werden hier muss der angegebene Strom wegen der Reihenschaltung der Wicklungen um den Faktor 1,4 reduziert werden. Beispiel: 2A Phasenstrom / 1,4 = 1,4. Also ist eine Endstufe mit 1,4A nötig. Das ganze hat aber den Nachteil, dass sich die Spulenspannung um den Faktor 1,4 erhöht und eine höhere Spulenspannung zieht eine schlechtere Dynamik des Motors nach sich. Das bedeutet der Motor erreicht eine kleinere Enddrehzahl.
Motoren mit 8 Anschlüssen haben ebenfalls 2 Wicklungen, es sind aber alle Wicklungs Enden nach außen geführt. So können jeweils 2 Wicklungen einer Phase seriell oder parallel geschaltet werden. Für die seriell Schalung gilt wieder oben Beschriebenes. Für die parallel Schaltung muss man jetzt den Strom mit dem Faktor 1,4 multiplizieren. Beispiel: Phasenstrom 2A x 1,4 = 2,8A Also ist eine Endstufe mit 2,8A nötig. Außer dass man eine stärkere Endstufe benötigt hat die Parallelschaltung den Vorteil, dass die Motorwicklungen mit kleinerer Spulenspannung arbeiten und somit der Motor mehr Dynamik hat, also eine höhere Enddrehzahl erreicht.
Grundsätzlich sollten also Motoren mit kleiner Wicklungsspannung bevorzugt werden. Ein weiterer Punkt, um ein gute Drehzahlen zu erreichen, ist die Versorgungsspannung der Endstufen (Brückenspannung). Teilweise werden billig Endstufen angeboten, die offensichtlich Ausreichen sind was den Strom betrifft, aber nur eine maximale Versorgungsspannung von 32V zulassen. Meist sind es Platinen mit kompletten Endstufen IC's. Zudem sind die angegebenen Ströme bei optimaler Kühlung des Bausteins spezifiziert, was den Konstrukteuren nicht immer gelingt. Ich persönlich halte Steuerungen mit einer Endstufen Versorgung von unter 40V für schlichtweg ungeeignet für den Einsatzt in CNC Maschinen. Durch die Verwendung von Mikroschritt erreicht man neben einer höheren Schrittauflösung als Nebeneffekt einen wesentlich ruhigeren Motorlauf. Dadurch können Schwingungen Vermieden werden, die sich nicht nur am Fräsbild auswirken, sondern auch die Leistung eines Schrittmotors mindern können.