PFT, Shenzhen
Formål: Levere et repeterbart beslutningsrammeverk for valg av servo- eller trinnmotorer i stasjonære CNC-bygg under 1 m³ arbeidsvolum.
Metode: En testbenk emulerte en 3-akse portal (X-Y tannstang-og-drev, Z-kule-skrue). Førtiåtte parede kjøringer sammenlignet NEMA 23 steppere (2,8 A, 1,8 grader) og 200 W børsteløse servoer (3000 rpm, 17-bits koder). Dynamisk stivhet, posisjoneringsfeil, reelt kraftforbruk og 8-timers termisk stigning ble registrert ved 100 mm/s og 600 mm/s travershastigheter.
Resultater: Ved mindre enn eller lik 200 mm/s leverte steppere ±0,05 mm repeterbarhet med 25 % lavere delekostnad. Over 400 mm/s opprettholdt servoer ±0,01 mm mens kutteeffekten var 18 % og begrenset overflatetemperaturstigning til 8 grader mot 22 grader for steppere.
Konklusjon: Steppers passer lav-hastighet, budsjett-første bygg; servoer blir økonomiske over 400 mm/s eller når termisk stabilitet og mikron-nivånøyaktighet dominerer.
1 Introduksjon
Velg feil motor og din stasjonære CNC enten stopper på aluminium eller brenner budsjettet på overkill maskinvare. Denne veiledningen går gjennom de eksakte målingene,-avveiningsdiagrammene og kostnadsmodellen vi brukte på PFTs laboratorium, slik at du kan replikere testen på din egen benk og koble tallene rett inn i en stykkliste.
2 Forskningsmetoder
2.1 Testrigg
Ramme: 6060-T5 ekstrudering, 800 mm × 600 mm × 150 mm vandring.
Skinner: MGN15 lineære føringer, klasse C.
Drivverk: 16-tanns pinjong, 20 mm stigningsradius → 62,8 mm/omdreininger.
2.2 Motorpar
| Akser | Stepper | Servo |
|---|---|---|
| X/Y | 2-fase, 3 N·m holdemoment, 1,8 grader | 60 W kontinuerlig, 0,64 N·m vurdert, 2,5 N·m topp |
| Z | 1,2 N·m stepper | Samme servo via 4:1 planetarisk |
2.3 Instrumentering
- Posisjon: 0,1 μm glass-skalakoder, uavhengig av motortilbakemelding.
- Effekt: Yokogawa WT310, 0,1 W oppløsning.
- Termisk: K-termoelement på motorhuset.
- Kontroll: LinuxCNC 2.9, 1 kHz servotråd for begge systemene.
2.4 Prosedyre (reproduserbar)
Trinn 1: Jogg hver akse 100 mm med 100 mm/s → logg etter feil.
Trinn 2: Gjenta ved 200, 400, 600 mm/s.
Trinn 3: Klem en 5 kg dummyspindel, kjør et 30-min G-kodemønster ved 50 % bruk.
Trinn 4: Registrer temperaturen hvert 60. sekund.
Trinn 5: Bytt motortyper, hold mekanikken identisk, kjør på nytt.
3 Resultater og analyse
3.1 Posisjoneringsnøyaktighet
Figur 1 plotter den gjennomsnittlige absolutte følgefeilen mot travershastigheten. Stepper holder seg under 0,05 mm opp til 200 mm/s, og klatrer deretter bratt til 0,18 mm ved 600 mm/s. Servoer forblir flate ved 0,01 mm over hele området.
3.2 Strøm og varme
Tabell 1 oppsummerer gjennomsnittlig reell effekt og ΔT etter 30 min.
表格
复制
| Hastighet (mm/s) | Trinneffekt (W) | Servoeffekt (W) | ΔT Stepper ( grad ) | ΔT Servo (grad) |
|---|---|---|---|---|
| 100 | 18 | 15 | 5 | 3 |
| 600 | 65 | 53 | 22 | 8 |
3.3 Dreiemoment ved hastighet
Figur 2 viser dreiemoment-hastighetskurver. Stepperens dreiemoment faller 60 % fra 0 rpm til 1200 rpm. Servo dreiemoment holder innenfor ±5 % opp til 3000 rpm.
3.4 Kostnadsmodell
- Delelistekostnad per akse (USD, 2025 Q2 sitater):
- Trinnsett (motor + driver + PSU-andel): $42
- Servosett (motor + driver + koderkabel): $115
Break-selv oppstår når syklus-tidsbesparelsen for servoer oppveier premien på $73. For en 10-timer/uke maskinskjæring med 600 mm/s, lander break-even ved 14 uker (Figur 3).
4 Diskusjon
4.1 Hvorfor steppere mister nøyaktighet i hastighet
Sperremomentrippel og tilbake-EMF begrenser viklingsstrømmens stigetid. Ingen tilbakemelding betyr at tapte trinn blir ukorrigerte.
4.2 Servoavveininger-
Enkoderen legger til 32 mm til motorlengden, men eliminerer fare for stopp. PID-innstilling tok 15 minutter per akse; standardgevinster var stabile for treghetsbelastningene våre (J_load/J_rotor ≈ 5).
4.3 Begrensninger
- Tester brukt 24 V buss; høyere spenning (48 V) vil utvide trinnhastighetstaket.
- Termiske tester kjørte uten innkapsling; et oppvarmet kabinett kan redusere gapet på 14 grader.
4.4 Praktisk takeaway
Hvis jobbene dine holder seg under 200 mm/s og mikronfinishen ikke er kritisk, sparer steppere penger og ledninger. Skyv forbi 400 mm/s, graver metaller eller trenger 24-timers uovervåkede kjøringer – servoer betaler for seg selv i pålitelighet og overflatekvalitet.
5 Konklusjon
Steppere vinner på enkelhet og forhåndskostnader for lett-stasjonær CNC. Servoer dominerer når hastighet, nøyaktighet eller termisk utholdenhet betyr noe. Bruk break-even-diagrammet (Figur 3) for å bestemme deg-og kjør deretter 30-minutterstesten på din egen benk for å bekrefte før du forplikter deg til en stykkliste.