PFT, Shenzhen
Svrha: Isporučiti ponovljiv okvir za odlučivanje za odabir servo ili koračnih motora u stolnim CNC konstrukcijama ispod 1 m³ radnog volumena.
Metoda: Ispitni uređaj oponašao je portal s 3-osi (X-Y letva-i-zupčanik, Z-kuglični-vijak). Četrdeset i osam parova uspoređivalo je NEMA 23 stepere (2,8 A, 1,8 stupnjeva) i 200 W servo motore bez četkica (3000 o/min, 17-bitni koder). Dinamička krutost, pogreška pozicioniranja, stvarna snaga i 8-satni toplinski porast zabilježeni su pri brzinama kretanja od 100 mm/s i 600 mm/s.
Rezultati: Pri brzini manjoj ili jednakoj 200 mm/s, steperi su dali ponovljivost od ±0,05 mm uz 25 % nižu cijenu dijelova. Iznad 400 mm/s, servo motori održavali su ±0,01 mm dok su smanjivali snagu za 18 % i ograničavali porast površinske temperature na 8 stupnjeva naspram 22 stupnja za stepere.
Zaključak: Steperi odgovaraju malim-brzinama, proračunskim-prvim verzijama; servo motori postaju ekonomični iznad 400 mm/s ili kada dominiraju toplinska stabilnost i preciznost razine mikrona-.
1 Uvod
Odaberite pogrešan motor i vaš CNC za stolno računalo ili će stati na aluminiju ili potrošiti proračun na pretjeranom hardveru. Ovaj vodič prolazi kroz točna mjerenja,-tabele kompromisa i troškovni model koji smo koristili u PFT-ovom laboratoriju tako da možete replicirati test na vlastitoj stolici i umetnuti brojeve izravno u BOM.
2 Metode istraživanja
2.1 Ispitni uređaj
Okvir: ekstruzija 6060-T5, 800 mm × 600 mm × 150 mm hoda.
Tračnice: MGN15 linearne vodilice, klasa C.
Pogoni: zupčanik sa 16 zuba, polumjer koraka 20 mm → 62,8 mm/okr.
2.2 Motorni parovi
| Os | Steper | Servo |
|---|---|---|
| X/Y | 2-fazni, 3 N·m moment držanja, 1,8 stupnjeva | 60 W neprekidno, 0,64 N·m nazivno, 2,5 N·m vršno |
| Z | Korak od 1,2 N·m | Isti servo preko 4:1 planeta |
2.3 Instrumentacija
- Položaj: 0,1 μm staklen-koder skale, neovisno o povratnoj sprezi motora.
- Snaga: Yokogawa WT310, rezolucija 0,1 W.
- Toplina: termoelement tipa K- na kućištu motora.
- Upravljanje: LinuxCNC 2.9, 1 kHz servo navoj za oba sustava.
2.4 Postupak (ponovljiv)
Korak 1: Pomaknite svaku os 100 mm pri 100 mm/s → zabilježite pogrešku praćenja.
Korak 2: Ponovite pri 200, 400, 600 mm/s.
Korak 3: Pričvrstite lažno vreteno od 5 kg, pokrenite 30--minutni uzorak G-koda pri 50 % opterećenja.
Korak 4: Bilježite temperaturu svakih 60 s.
Korak 5: Zamijenite tipove motora, zadržite mehaniku identičnom, ponovno pokrenite.
3 Rezultati i analiza
3.1 Točnost pozicioniranja
Slika 1 prikazuje srednju apsolutnu pogrešku praćenja u odnosu na brzinu kretanja. Steperi ostaju ispod 0,05 mm do 200 mm/s, zatim se strmo penju do 0,18 mm pri 600 mm/s. Servoi ostaju ravni na 0,01 mm u cijelom rasponu.
3.2 Snaga i grijanje
Tablica 1 sažima prosječnu stvarnu snagu i ΔT nakon 30 min.
表格
复制
| Brzina (mm/s) | Snaga koraka (W) | Servo snaga (W) | ΔT Stepper (stupanj) | ΔT Servo (stupanj) |
|---|---|---|---|---|
| 100 | 18 | 15 | 5 | 3 |
| 600 | 65 | 53 | 22 | 8 |
3.3 Zakretni moment pri brzini
Slika 2 prikazuje krivulje moment-brzina. Koračni okretni moment pada 60 % od 0 o/min do 1200 o/min. Servo okretni moment održava se unutar ±5 % do 3000 o/min.
3.4 Model troška
- Cijena popisa dijelova po osi (USD, citati za 2. kvartal 2025.):
- Set stepera (motor + drajver + PSU udio): 42 USD
- Servo kit (motor + drajver + kabel kodera): 115 USD
Do-pokrića dolazi kada u-ušteda vremena ciklusa servo motora premaši premiju od 73 USD. Za 10-sat/tjedno stroj koji reže brzinom od 600 mm/s, pokriće se postiže nakon 14 tjedana (Slika 3).
4 Rasprava
4.1 Zašto steperi gube točnost pri brzini
Valovitost zakretnog momenta i natrag-EMF ograničenje struje namota vrijeme porasta. Nema povratnih informacija znači da se propušteni koraci ne ispravljaju.
4.2 Ustupci-servo uređaja
Enkoder dodaje 32 mm duljini motora, ali eliminira rizik od zastoja. PID podešavanje je trajalo 15 minuta po osi; zadana pojačanja bila su stabilna za naša inercijska opterećenja (J_load/J_rotor ≈ 5).
4.3 Ograničenja
- Testovi su koristili sabirnicu od 24 V; viši napon (48 V) proširio bi gornju granicu brzine.
- Toplinska ispitivanja su provedena bez kućišta; grijano kućište moglo bi suziti jaz od 14 stupnjeva.
4.4 Praktični zaključak
Ako vaši poslovi ostaju ispod 200 mm/s i mikronska obrada nije kritična, steperi štede novac i žice. Gurajte iznad 400 mm/s, gravirajte metale ili trebate 24-satni rad bez nadzora - servosi sami sebe plaćaju pouzdanošću i kvalitetom površine.
5 Zaključak
Steperi pobjeđuju jednostavnošću i početnim troškovima za lak-stolni CNC. Servo motori dominiraju kada su brzina, točnost ili toplinska izdržljivost važni. Upotrijebite -tabelu rentabilnosti (Slika 3) da odlučite-a zatim ponovno pokrenite 30-minutni test na vlastitoj klupi da potvrdite prije nego što se obvežete na BOM.