Servo vs Stepper Motors per i router CNC desktop

Servo vs Stepper Motors per i router CNC desktop
PFT, Shenzhen

Per confrontare le caratteristiche di prestazione dei sistemi servo e passo motore nei router CNC desktop in condizioni di taglio tipiche di hobby e industria leggera.
Metodi:Due router CNC desktop con configurazione identica sono stati dotati rispettivamente di un servo kit a circuito chiuso (2 kW, 3000 giri al minuto, coppia massima di 12 Nm) e di un sistema stepper NEMA 23 (1,26 A, angolo di passo di 0,9°).Risposta al tasso di alimentazione, la precisione di posizionamento, la consistenza della coppia e il comportamento termico sono stati misurati utilizzando sensori di spostamento laser (± 0,005 mm) e trasduttori di coppia (± 0,1 Nm).Tagli di prova su lavori comuni di lavorazione del legno e dei metalli simulati in alluminio 6061‐T6 e in MDFPer la riproducibilità sono forniti parametri di controllo e diagrammi di cablaggio.
Risultati:I servosistemi hanno raggiunto un errore di posizionamento medio di 0,02 mm rispetto a 0,08 mm per gli stepper, con amplitudini di vibrazione inferiori del 25% alle alte velocità di alimentazione.Torsione ridotta del 5% sotto carico per i servos rispetto al 20% per gli stepperLa temperatura del motore passo-passo è aumentata di 30 °C dopo un'ora di funzionamento, mentre quella dei servos è aumentata di 12 °C.
Conclusione:I servomotori offrono una precisione superiore, un movimento più liscio e una migliore prestazione termica a costi e complessità più elevati.

1 Introduzione

Nel 2025, i router CNC desktop sono diventati accessibili ai produttori, agli educatori e ai produttori di piccoli lotti.Gli stepper offrono semplicità e basso costo inizialePer le decisioni di acquisto è necessario un confronto oggettivo in condizioni meccaniche equivalenti.

2 Metodi di ricerca

2.1 Impostazione sperimentale

• Base della macchina:400 × 400 mm rotatore a portiere in alluminio con assi a vite a sfera identici
• Configurazioni del motore:

A.Servo: kit di montaggio a fusione senza spazzola da 2 kW, 3000 giri/min, 12 Nm

B.Stepper: NEMA 23, angolo di passo di 0,9°, 1,26 A/fase

• Controllo elettronico:driver corrispondenti (servo drive e stepper driver), lo stesso firmware del controller CNC (GRBL v1.2), procedure di regolazione PID equivalenti.
• Strumenti di misurazione:Sensore laser (risoluzione 0,005 mm), trasduttore di coppia (precisione 0,1 Nm), telecamera termica a infrarossi.

2.2 Dettagli sulla riproducibilità

• Gli schemi di cablaggio e i parametri di controllo sono riportati nell'appendice A.
• I frammenti di codice G per le prove (tassi di alimentazione 500-3000 mm/min) sono elencati nell'appendice B.
• Condizioni ambientali: 22 ± 1 °C, umidità del 45%.

3 Risultati e analisi

3.1 Precisione di posizionamento

3.2 Costanza della coppia

La coppia sotto un carico di 5 Nm è diminuita del 5% per i servos e del 20% per gli stepper (figura 2).

3.3 Comportamento termico

Dopo un'ora di fresatura continua:

• Temperatura di avvolgimento passo dopo passo: 65 °C (22 °C ambiente)
• Temperatura del servomotore: 34 °C

L'assorbimento di corrente più elevato porta a un maggiore calore nelle bobine passo, aumentando il rischio di arresto termico.

4 Discussione

4.1 Fattori di prestazione

Il feedback servo a circuito chiuso corregge i passi mancati e mantiene la coppia sotto carico, con conseguente tolleranza più stretta e movimento più liscio.La semplicità del passo riduce i costi ma limita le prestazioni dinamiche e introduce la deriva legata al calore.

4.2 Limitazioni

• Sono stati testati solo due modelli di motori; i risultati possono variare a seconda delle diverse marche o dimensioni.
• L' affidabilità a lungo termine in funzione continua non è stata valutata.

4.3 Implicazioni pratiche

I router servo-equipaggiati sono adatti per l'incisione di precisione, il lavoro sui dettagli fini e la fresatura dell'alluminio, mentre i router passo a passo rimangono adeguati per la lavorazione del legno, della plastica, del materiale plastico, del materiale plastico, del materiale plastico, del materiale plastico, del materiale plastico, del materiale plastico, del materiale plastico, del materiale plastico, del materiale plastico, del materiale plastico e del materiale plastico.e per uso educativo in caso di vincoli di bilancio.

5 Conclusioni

I servomotori superano gli stepper in termini di precisione, stabilità della coppia e gestione termica, giustificando un investimento più elevato per applicazioni esigenti.I stepper continuano ad offrire una scelta economica per compiti a basso stressLe future indagini dovrebbero includere le prove del ciclo di vita e l'impatto dei sistemi di controllo ibrido.