PFT, Shenzhen
Propòsit: Oferir un marc de decisió repetible per seleccionar servomotors o motors pas a pas en construccions CNC d'escriptori amb un volum de treball inferior a 1 m³.
Mètode: un banc de proves va emular un pòrtic de 3-eixos (cremallera X{-i-pinyó, cargol de bola{-Z{-). Quaranta-vuit tirades aparellades van comparar els passos NEMA 23 (2,8 A, 1,8 graus) i els servos sense escombretes de 200 W (3000 rpm, codificador de 17 bits). La rigidesa dinàmica, l'error de posicionament, la potència real i l'augment tèrmic de 8 hores es van registrar a velocitats de travessa de 100 mm/s i 600 mm/s.
Resultats: a una velocitat inferior o igual a 200 mm/s, els steppers van oferir una repetibilitat de ±0,05 mm amb un cost de peces un 25 % més baix. Per sobre de 400 mm/s, els servos van mantenir ± 0,01 mm mentre reduïen la potència del 18% i limitaven l'augment de la temperatura de la superfície a 8 graus enfront dels 22 graus per als steppers.
Conclusió: els steppers s'adapten a les primeres compilacions-de baixa velocitat i pressupost-; els servos es tornen econòmics per sobre dels 400 mm/s o quan dominen l'estabilitat tèrmica i la precisió del nivell-de micres.
1 Introducció
Trieu el motor equivocat i el vostre CNC d'escriptori s'atura a l'alumini o crema el pressupost amb un maquinari excessiu. Aquesta guia explica les mesures exactes, els gràfics d'intercanvi-i el model de costos que hem utilitzat al laboratori de PFT perquè pugueu replicar la prova al vostre propi banc i connectar els números directament a una LDM.
2 Mètodes de recerca
2.1 Equip de proves
Marc: extrusió 6060-T5, 800 mm × 600 mm × 150 mm de recorregut.
Carrils: guies lineals MGN15, classe C.
Transmissions: pinyó de 16 dents, radi de pas de 20 mm → 62,8 mm/rev.
2.2 Parells de motors
| Eix | Pas a pas | Servo |
|---|---|---|
| X/Y | Bifàsic, parell de retenció de 3 N·m, 1,8 graus | 60 W continus, 0,64 N·m nominal, 2,5 N·m pic |
| Z | Pas a pas d'1,2 N·m | Mateix servo mitjançant planetari 4:1 |
2.3 Instrumentació
- Posició: codificador d'escala-de vidre de 0,1 μm, independent de la retroalimentació del motor.
- Potència: Yokogawa WT310, resolució de 0,1 W.
- Tèrmica: termoparell tipus K-a la carcassa del motor.
- Control: LinuxCNC 2.9, rosca servo 1 kHz per a tots dos sistemes.
2.4 Procediment (reproduïble)
Pas 1: avança cada eix 100 mm a 100 mm/s → registra l'error de seguiment.
Pas 2: Repetiu a 200, 400, 600 mm/s.
Pas 3: subjecteu un eix simulat de 5 kg, executeu un patró de codi G de 30-min al 50 %.
Pas 4: registre la temperatura cada 60 s.
Pas 5: canvieu els tipus de motor, manteniu la mecànica idèntica, torneu a executar-la.
3 Resultats i anàlisi
3.1 Precisió de posicionament
La figura 1 representa l'error de seguiment absolut mitjà en funció de la velocitat de desplaçament. Els passos es mantenen per sota de 0,05 mm fins a 200 mm/s, i després pugen fortament fins a 0,18 mm a 600 mm/s. Els servos es mantenen plans a 0,01 mm en tot el rang.
3.2 Potència i calor
La taula 1 resumeix la potència real mitjana i ΔT després de 30 min.
表格
复制
| Velocitat (mm/s) | Potència pas a pas (W) | Potència servo (W) | ΔT Stepper (grau) | ΔT Servo (grau) |
|---|---|---|---|---|
| 100 | 18 | 15 | 5 | 3 |
| 600 | 65 | 53 | 22 | 8 |
3.3 Parell a velocitat
La figura 2 superposa les corbes de parell-velocitat. El parell pas a pas baixa un 60% de 0 rpm a 1200 rpm. El parell servo es manté dins del ±5% fins a 3000 rpm.
3.4 Model de costos
- Cost de la llista de peces per eix (USD, pressupostos del segon trimestre de 2025):
- Kit de pas a pas (motor + controlador + PSU compartit): 42 dòlars
- Kit de servo (motor + controlador + cable codificador): 115 $
L'equilibri-es produeix quan l'estalvi de temps-cicle dels servos supera la prima de 73 $. Per a una màquina de tall de 10-hores/setmana a 600 mm/s, el punt d'equilibri arriba a les 14 setmanes (figura 3).
4 Discussió
4.1 Per què els steppers perden precisió a velocitat
L'ondulació del parell de retenció i l'enrere{0}}EMF limiten el temps d'augment del corrent del bobinatge. Sense comentaris significa que els passos perduts no es corregeixen.
4.2 Compartiments de servo-
El codificador afegeix 32 mm a la longitud del motor però elimina el risc d'aturada. L'ajustament PID va trigar 15 minuts per eix; els guanys per defecte eren estables per a les nostres càrregues inercials (J_load/J_rotor ≈ 5).
4.3 Limitacions
- Proves utilitzades bus de 24 V; una tensió més alta (48 V) ampliaria el sostre de velocitat pas a pas.
- Les proves tèrmiques es van executar sense tancament; un recinte escalfat podria reduir la bretxa de 14 graus.
4.4 Menjar pràctic
Si els vostres treballs es mantenen per sota dels 200 mm/s i l'acabat en micres no és crític, els steppers estalvien diners i cablejat. Passeu els 400 mm/s, graveu metalls o necessiteu 24-hores d'execució sense vigilància: els servos es paguen per si mateixos en fiabilitat i qualitat de superfície.
5 Conclusió
Els steppers guanyen en simplicitat i cost inicial per a CNC d'escriptori-lleuger. Els servos dominen quan importa la velocitat, la precisió o la resistència tèrmica. Utilitzeu el -gràfic de paret (figura 3) per decidir-a continuació, torneu a executar la prova de 30 minuts al vostre propi banc per confirmar abans de comprometreu-vos amb una LDM.