Серводвигатели против шаговых двигателей для настольных фрезерных станков с ЧПУ

Серво и шаговые моторы для настольных маршрутизаторов с ЧПУ
PFT, Шэньчжэнь

Для сравнения характеристик работы серво- и шаговых двигателей в настольных маршрутизаторах с ЧПУ при типичных условиях резки в легкой промышленности.
Методы:Два идентично сконфигурированных настольных CNC-маршрутизатора были оснащены соответственно сервокомплектом с замкнутым циклом (2 кВт, 3000 оборотов в минуту, пиковый крутящий момент 12 Нм) и системой NEMA 23 с шаговым приводом (1,26 А, угол шага 0,9°).Ответ на корма, точность позиционирования, постоянство крутящего момента и тепловое поведение измерялись с помощью датчиков лазерного смещения (± 0,005 мм) и преобразователей крутящего момента (± 0,1 Нм).Испытательные резки на алюминии 6061‐T6 и МДФ, имитируемых для выполнения общих задач по деревообработке и металлообработкеДля воспроизводимости предоставлены параметры управления и схемы проводки.
Результаты:Сервосистемы достигли средней погрешности позиционирования 0,02 мм по сравнению с 0,08 мм для шаговых двигателей, причем амплитуды вибрации на 25% ниже при высоких скоростях подачи.Напряжение снижается на 5% при нагрузке для сервоприводов по сравнению с 20% для шаговыхТемпература шагового двигателя повысилась на 30 °C после одного часа работы, тогда как сервомотор повысился на 12 °C.
Заключение:Сервоприводы обеспечивают превосходную точность, более плавное движение и лучшую тепловую производительность при более высоких затратах и сложности.

1 Введение

В 2025 году настольные маршрутизаторы с ЧПУ стали доступны для производителей, педагогов и производителей малых партий.Шаговые двигатели предлагают простоту и низкие первоначальные затратыДля принятия решений о покупке требуется объективное сравнение при эквивалентных механических условиях.

2 Методы исследования

2.1 Экспериментальная установка

• База машины:400 × 400 мм алюминиевый гарантийный маршрутизатор с одинаковыми осьми шаровых винтов
• Конфигурация двигателя:

A.Серво: 2 кВт бесчещевой установки на шпиндель, 3000 оборотов в минуту, 12 Нм

B.Stepper: NEMA 23, угол шага 0,9°, 1,26 A/фаза

• Электроника управления:Соответствующие драйверы (сервопривод и шаговой драйвер), то же программное обеспечение контроллера CNC (GRBL v1.2), эквивалентные процедуры настройки PID.
• Средства измерения:Лазерный датчик (разрешение 0,005 мм), преобразователь крутящего момента (точность 0,1 Нм), инфракрасная тепловая камера.

2.2 Подробная информация о воспроизводимости

• Диаграммы проводки и параметры управления приведены в приложении А.
• Отрывки из кода G испытания (скорости подачи 500-3000 мм/мин) перечислены в приложении B.
• Условия окружающей среды: 22 ± 1 °C, влажность 45%.

3 Результаты и анализ

3.1 Точность позиционирования

3.2 Консистенция крутящего момента

Крутящий момент при нагрузке в 5 Нм снизился на 5% для сервоприводов и на 20% для шаговых двигателей (рисунок 2).

3.3 Тепловое поведение

После одного часа непрерывной фрезы:

• Температура обмотки шагового отверстия: 65 °C (22 °C окружающей среды)
• Температура сервомотора: 34 °C

Более высокое потребление тока приводит к увеличению тепла в шаговых катушках, увеличивая риск теплового отключения.

4 Обсуждение

4.1 Факторы производительности

Обратная связь серво-закрытого цикла корректирует пропущенные шаги и поддерживает крутящий момент под нагрузкой, что приводит к более строгой толерантности и более плавному движению.Простота шагового двигателя снижает стоимость, но ограничивает динамическую производительность и вводит тепловой дрейф.

4.2 Ограничения

• Испытаны только две модели моторов; результаты могут варьироваться в зависимости от разных марок или размеров.
• Долгосрочная надежность при непрерывной эксплуатации не оценивалась.

4.3 Практические последствия

Сервооснащенные маршрутизаторы подходят для точной гравировки, мелкой детали и фрезы алюминия, в то время как шаговые маршрутизаторы остаются адекватными для деревообработки, пластика,и образовательное использование, когда преобладают бюджетные ограничения.

5 Заключение

Сервомоторы превосходят шаговые двигатели по точности, стабильности крутящего момента и тепловому управлению, что оправдывает более высокие инвестиции для требовательных приложений.Шаговые машины продолжают предлагать экономичный выбор для выполнения задач с низким уровнем напряженияБудущие исследования должны включать испытания жизненного цикла и влияние схем гибридного контроля.