Σερβο vs Στάππερ κινητήρες για Desktop CNC Routers

Σερβο vs Στάππερ κινητήρες για Desktop CNC Routers
PFT, Σενζέν

Για τη σύγκριση των χαρακτηριστικών απόδοσης των συστημάτων servo και stepper motor σε γραφειοκρατικούς δρομολογητές CNC υπό τυπικές συνθήκες κοπής για το hobby και τη ελαφριά βιομηχανία.
Μέθοδοι:Δύο πανομοιότυπα διαμορφωμένοι δρομολογητές CNC επιτραπέζιου υπολογιστή ήταν εφοδιασμένοι αντίστοιχα με ένα κλειστό κιτ servo (2 kW, 3000 rpm, 12 Nm κορυφαία ροπή) και ένα σύστημα NEMA 23 stepper (1.26 A, γωνία βήματος 0,9°).Ανταπόκριση του ποσοστού τροφοδοσίας, η ακρίβεια θέσης, η σταθερότητα ροπής και η θερμική συμπεριφορά μετρήθηκαν χρησιμοποιώντας αισθητήρες μετατόπισης λέιζερ (± 0,005 mm) και μετατροπείς ροπής (± 0,1 Nm).Δοκιμαστικές κοψίματα σε προσομοιωμένες κοινές εργασίες ξυλείας και μεταλλουργίας από αλουμίνιο 6061‐T6 και MDFΠαρέχονται παράμετροι ελέγχου και διαγράμματα καλωδίωσης για την αναπαραγωγικότητα.
Τα αποτελέσματα:Τα σέρβο συστήματα πέτυχαν μέσο σφάλμα τοποθέτησης 0,02 mm έναντι 0,08 mm για τα βήματα, με πλάτους δονήσεων 25% χαμηλότερους σε υψηλές ταχύτητες τροφοδοσίας.Δρόμος μειωμένος κατά 5% υπό φορτίο για τα servos σε σύγκριση με 20% για τα βήματαΗ θερμοκρασία του κινητήρα σταπ αυξήθηκε κατά 30 °C μετά από μία ώρα λειτουργίας, ενώ η θερμοκρασία του κινητήρα servo αυξήθηκε κατά 12 °C.
Συμπέρασμα:Οι κινητήρες βήματος παρέχουν ανώτερη ακρίβεια, ομαλότερη κίνηση και καλύτερη θερμική απόδοση με υψηλότερο κόστος και πολυπλοκότητα.

1 Εισαγωγή

Το 2025, οι δρομολογητές CNC desktop έχουν γίνει προσιτοί στους κατασκευαστές, τους εκπαιδευτικούς και τους κατασκευαστές μικρών παρτίδων. Η επιλογή του κινητήρα επηρεάζει κρίσιμα την ποιότητα κοπής, τον χρόνο κύκλου και την αξιοπιστία του συστήματος.Τα βήματα προσφέρουν απλότητα και χαμηλό αρχικό κόστοςΗ μέθοδος αυτή έχει ως στόχο να βελτιώσει την ποιότητα της αγοράς και να βελτιώσει την ποιότητα της παραγωγής.

2 Μέθοδοι Έρευνας

2.1 Πειραματική ρύθμιση

• Μηχανική βάση:400 × 400 mm αλουμινένιο δρομολογητή με πανομοιότυπους άξονες στροφωτόστρωσης
• Διαμορφώσεις κινητήρα:

Α.Σερβο: 2 kW χωρίς βούρτσα, 3000 στροφές/δευτερόλεπτο, 12 Nm

Β.Προχωρητής: NEMA 23, γωνία βήματος 0,9°, 1,26 A/φάση

• Ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου:Αντιστοίχως οδηγοί (servo drive και stepper driver), ίδιο λογισμικό σταθεροποίησης CNC ελεγκτή (GRBL v1.2), ισοδύναμες διαδικασίες ρυθμίσεως PID.
• Μέσα μέτρησης:Αισθητήρας λέιζερ (διάκριση 0,005 mm), μετατροπέας ροπής (ακρίβεια 0,1 Nm), θερμική κάμερα υπέρυθρου.

2.2 Λεπτομέρειες αναπαραγωγικότητας

• Τα διαγράμματα καλωδίωσης και οι παραμέτροι ελέγχου παρέχονται στο προσάρτημα Α.
• Τα αποσπάσματα κώδικα G της δοκιμής (τομές τροφοδοσίας 500-3000 mm/min) παρατίθενται στο προσάρτημα Β.
• Περιβαλλοντικές συνθήκες: 22 ± 1 °C, υγρασία 45%.

3 Αποτελέσματα και ανάλυση

3.1 Ακριβότητα θέσης

3.2 Συνέχεια ροπής

Η ροπή κάτω από φορτίο 5 Nm μειώθηκε κατά 5% για τα servos και κατά 20% για τα βήματα (σχήμα 2).

3.3 Θερμική συμπεριφορά

Μετά από μία ώρα συνεχούς άλεσης:

• Θερμοκρασία περιστροφής σταπ: 65 °C (22 °C περιβάλλοντος)
• Θερμοκρασία του κινητήρα σερβοκίνησης: 34 °C

Η υψηλότερη πρόσληψη ρεύματος οδηγεί σε μεγαλύτερη θερμότητα σε stepper coils, αυξάνοντας τον κίνδυνο θερμικής διακοπής λειτουργίας.

4 Συζήτηση

4.1 Δοκιμαστές απόδοσης

Η σέρβο σφραγισμένη ροπή ανατροφοδότησης διορθώνει τα χαμένα βήματα και διατηρεί τη ροπή υπό φορτίο, με αποτέλεσμα αυστηρότερη ανοχή και πιο ομαλή κίνηση.Η απλότητα του βήματος μειώνει το κόστος, αλλά περιορίζει τη δυναμική απόδοση και εισάγει τη μετατόπιση που σχετίζεται με τη θερμότητα.

4.2 Περιορισμοί

• Δοκιμάστηκαν μόνο δύο μοντέλα κινητήρων· τα αποτελέσματα μπορεί να διαφέρουν ανάλογα με τις διαφορετικές μάρκες ή μεγέθη.
• Η μακροχρόνια αξιοπιστία σε συνεχή λειτουργία δεν αξιολογήθηκε.

4.3 Πρακτικές συνέπειες

Οι δρομολογητές που είναι εξοπλισμένοι με σέρβο είναι κατάλληλοι για την εκτύπωση ακριβείας, την επεξεργασία λεπτών λεπτομερειών και το άλεμα του αλουμινίου, ενώ οι δρομολογητές σταπ εξακολουθούν να είναι κατάλληλοι για την ξυλοτεχνία, τα πλαστικά, την επεξεργασία του χάλυβα, την επεξεργασία του χάλυβα, την επεξεργασία των χάλυβα, την επεξεργασία των χάλυβα, την επεξεργασία των χάλυβα, την επεξεργασία των χάλυβα, την επεξεργασία των χάλυβα, την επεξεργασία των χάλυβα, την επεξεργασία των χάλυβα, την επεξεργασία των χάλυβα, την επεξεργασία των χάλυβα, την επεξεργασία των χάλυβα και την επεξεργασία των χάλυβα.και εκπαιδευτική χρήση όπου επικρατούν περιορισμοί του προϋπολογισμού.

5 Συμπεράσματα

Οι κινητήρες εφοδιασμού ξεπερνούν τους βήματα σε ακρίβεια, σταθερότητα ροπής και θερμική διαχείριση, δικαιολογώντας υψηλότερες επενδύσεις για απαιτητικές εφαρμογές.Οι βήματα εξακολουθούν να προσφέρουν μια οικονομική επιλογή για εργασίες χαμηλής πίεσηςΟι μελλοντικές έρευνες θα πρέπει να περιλαμβάνουν δοκιμές κύκλου ζωής και τις επιπτώσεις των συστημάτων ελέγχου των υβριδικών.