PFT, Shenzhen
Tujuan: Memberikan kerangka keputusan yang dapat diulang untuk memilih motor servo atau stepper di desktop CNC yang dibuat dengan volume kerja di bawah 1 m³.
Metode: Meja uji meniru gantri 3-sumbu (rak-Y-dan-pinion, sekrup Z-bola-). Empat puluh delapan proses berpasangan membandingkan stepper NEMA 23 (2,8 A, 1,8 derajat ) dan servo tanpa sikat 200 W (3000 rpm, encoder 17-bit). Kekakuan dinamis, kesalahan pemosisian, penarikan daya nyata, dan kenaikan termal 8 jam dicatat pada kecepatan lintasan 100 mm/s dan 600 mm/s.
Hasil: Pada kecepatan kurang dari atau sama dengan 200 mm/s, stepper menghasilkan kemampuan pengulangan ±0,05 mm dengan biaya suku cadang 25 % lebih rendah. Di atas 400 mm/s, servo bertahan ±0,01 mm sambil memotong daya sebesar 18 % dan membatasi kenaikan suhu permukaan hingga 8 derajat dibandingkan 22 derajat untuk stepper.
Kesimpulan: Stepper cocok untuk-kecepatan rendah, anggaran-build pertama; servo menjadi ekonomis di atas 400 mm/s atau ketika stabilitas termal dan akurasi tingkat mikron mendominasi.
1 Pendahuluan
Pilih motor yang salah dan CNC desktop Anda akan berhenti menggunakan aluminium atau menghabiskan anggaran untuk perangkat keras yang berlebihan. Panduan ini menjelaskan pengukuran yang tepat,-diagram trade-off, dan model biaya yang kami gunakan di lab PFT sehingga Anda dapat mereplikasi pengujian di meja Anda sendiri dan memasukkan angka langsung ke BOM.
2 Metode Penelitian
2.1 Peralatan Uji
Bingkai: ekstrusi 6060-T5, travel 800 mm × 600 mm × 150 mm.
Rel: panduan linier MGN15, kelas C.
Penggerak: pinion 16 gigi, radius pitch 20 mm → 62,8 mm/rev.
2.2 Pasangan Motor
| Sumbu | anak tiri | servo |
|---|---|---|
| X/Y | Torsi penahan 2 fase, 3 N·m, 1,8 derajat | 60 W kontinu, nilai 0,64 N·m, puncak 2,5 N·m |
| Z | Stepper 1,2 N·m | Servo yang sama melalui planetary 4:1 |
2.3 Instrumentasi
- Posisi: Encoder skala -kaca 0,1 μm, tidak bergantung pada umpan balik motor.
- Daya: Yokogawa WT310, resolusi 0,1 W.
- Termal: Termokopel tipe K-pada casing motor.
- Kontrol: LinuxCNC 2.9, thread servo 1 kHz untuk kedua sistem.
2.4 Prosedur (Dapat Direproduksi)
Langkah 1: Jog setiap sumbu 100 mm dengan kecepatan 100 mm/s → catat kesalahan berikut.
Langkah 2: Ulangi pada 200, 400, 600 mm/s.
Langkah 3: Jepit spindel tiruan seberat 5 kg, jalankan pola kode G selama 30-menit dengan tugas 50 %.
Langkah 4: Catat suhu setiap 60 detik.
Langkah 5: Tukar tipe motor, jaga agar mekanik tetap sama, jalankan kembali.
3 Hasil & Analisis
3.1 Akurasi Pemosisian
Gambar 1 memplot rata-rata kesalahan berikut absolut versus kecepatan lintasan. Stepper tetap di bawah 0,05 mm hingga 200 mm/s, lalu naik tajam hingga 0,18 mm pada 600 mm/s. Servo tetap datar pada 0,01 mm di seluruh rentang.
3.2 Daya & Panas
Tabel 1 merangkum rata-rata daya nyata dan ΔT setelah 30 menit.
表格
复制
| Kecepatan (mm/s) | Kekuatan Stepper (W) | Daya Servo (W) | ΔT Stepper (derajat) | ΔT Servo (derajat) |
|---|---|---|---|---|
| 100 | 18 | 15 | 5 | 3 |
| 600 | 65 | 53 | 22 | 8 |
3.3 Torsi pada Kecepatan
Gambar 2 melapisi kurva torsi-kecepatan. Torsi stepper turun 60 % dari 0 rpm menjadi 1200 rpm. Torsi servo bertahan dalam ±5 % hingga 3000 rpm.
3.4 Model Biaya
- Biaya daftar suku cadang per sumbu (USD, kutipan Q2 2025):
- Kit stepper (motor + driver + berbagi PSU): $42
- Kit servo (motor + driver + kabel encoder): $115
Titik impas-terjadi ketika penghematan-waktu siklus servo melebihi premi $73. Untuk pemotongan mesin 10-jam/minggu dengan kecepatan 600 mm/s, titik impas tercapai dalam 14 minggu (Gambar 3).
4 Diskusi
4.1 Mengapa Stepper Kehilangan Akurasi pada Kecepatan
Menahan riak torsi dan arus balik-EMF membatasi waktu kenaikan arus belitan. Tidak ada umpan balik berarti langkah yang terlewat tidak diperbaiki.
4.2 Pengorbanan-Servo
Encoder menambah panjang motor 32 mm namun menghilangkan risiko terhenti. Penyetelan PID membutuhkan waktu 15 menit per sumbu; perolehan default stabil untuk beban inersia kami (J_load/J_rotor ≈ 5).
4.3 Keterbatasan
- Pengujian menggunakan bus 24 V; tegangan yang lebih tinggi (48 V) akan memperpanjang batas kecepatan stepper.
- Uji termal dilakukan tanpa penutup; selungkup yang dipanaskan dapat mempersempit kesenjangan 14 derajat.
4.4 Kesimpulan Praktis
Jika pekerjaan Anda tetap di bawah 200 mm/s dan penyelesaian mikron tidak terlalu penting, stepper menghemat uang dan pemasangan kabel. Melampaui kecepatan 400 mm/s, mengukir logam, atau memerlukan pengoperasian 24-jam tanpa pengawasan-servo membayar sendiri dalam hal keandalan dan kualitas permukaan.
5 Kesimpulan
Stepper unggul dalam hal kesederhanaan dan biaya dimuka untuk-CNC desktop tugas ringan. Servo mendominasi ketika kecepatan, akurasi, atau ketahanan termal penting. Gunakan grafik titik impas (Gambar 3) untuk memutuskan-lalu jalankan kembali pengujian 30 menit di bangku Anda sendiri untuk mengonfirmasi sebelum Anda berkomitmen pada BOM.