PFT, Shenzhen
Eesmärk: pakkuda korduvat otsustusraamistikku servo- või samm-mootorite valimiseks lauaarvuti CNC-konstruktsioonides, mille töömaht on alla 1 m³.
Meetod: katsestend emuleeris 3-teljelist portaali (X-Y hammas-ja-hammasratas, Z-kuul-kruvi). Nelikümmend kaheksa paaris käitamist võrreldi NEMA 23 steppereid (2,8 A, 1,8 kraadi) ja 200 W harjadeta servosid (3000 p/min, 17-bitine kodeerija). Dünaamiline jäikus, positsioneerimisviga, tegelik võimsustarve ja 8-tunnine termiline tõus registreeriti liikumiskiirustel 100 mm/s ja 600 mm/s.
Tulemused: 200 mm/s või sellega võrdsel kiirusel tagasid stepperid ±0,05 mm korratavuse 25% madalama osahinnaga. Üle 400 mm/s säilitasid servod ±0,01 mm, lõikevõimsus 18% ja pinnatemperatuuri tõusu piiramine 8 kraadini versus 22 kraadi stepperite puhul.
Järeldus: Stepperid sobivad madalale{0}}kiirusele, eelarvele-esimestele ehitustele; servod muutuvad ökonoomsemaks kiirusel üle 400 mm/s või siis, kui domineerivad termiline stabiilsus ja mikroni{3}}taseme täpsus.
1 Sissejuhatus
Valige vale mootor ja teie lauaarvuti CNC kas seiskub alumiiniumiga või kulutab eelarvet ülemäärase riistvara tõttu. Selles juhendis kirjeldatakse täpseid mõõtmisi,{1}}vahetabeleid ja kulumudeleid, mida PFT laboris kasutasime, et saaksite katset oma katsestendil korrata ja numbrid otse BOM-i ühendada.
2 Uurimismeetodid
2.1 Testimisseade
Raam: 6060-T5 väljapressimine, 800 mm × 600 mm × 150 mm käik.
Rööpad: MGN15 lineaarsed juhikud, klass C.
Ajamid: 16-hambaline hammasratas, 20 mm sammu raadius → 62,8 mm/pööre.
2.2 Mootoripaarid
| Telg | Stepper | Servo |
|---|---|---|
| X/Y | 2-faasiline, 3 N·m hoidmismoment, 1,8 kraadi | 60 W pidev, 0,64 N·m nimiväärtus, 2,5 N·m tipp |
| Z | 1,2 N·m stepper | Sama servo 4:1 planetaari kaudu |
2.3 Seadmed
- Asend: 0,1 μm klaasist{1}}skaalakooder, sõltumatu mootori tagasisidest.
- Võimsus: Yokogawa WT310, eraldusvõime 0,1 W.
- Termiline: K--tüüpi termopaar mootori korpusel.
- Juhtimine: LinuxCNC 2.9, 1 kHz servo niit mõlema süsteemi jaoks.
2.4 Protseduur (taasesitatav)
1. samm: liigutage mõlemat telge 100 mm kiirusega 100 mm/s → logige jälgimisviga.
2. samm: korrake 200, 400, 600 mm/s.
3. samm: kinnitage 5 kg kaaluv näivvõll, käivitage 30-min G-koodi muster 50% koormuse juures.
4. samm: salvestage temperatuur iga 60 sekundi järel.
5. samm: vahetage mootoritüüpe, hoidke mehaanika identne, käivitage uuesti.
3 Tulemused ja analüüs
3.1 Positsioneerimise täpsus
Joonisel 1 on kujutatud keskmine absoluutne järgimisviga versus liikumiskiirus. Stepperid jäävad alla 0,05 mm kuni 200 mm/s, seejärel tõusevad järsult kuni 0,18 mm kiirusega 600 mm/s. Servod jäävad tasaseks 0,01 mm ulatuses kogu vahemikus.
3.2 Toide ja soojus
Tabelis 1 on kokkuvõte keskmine tegelik võimsus ja ΔT 30 minuti pärast.
表格
复制
| Kiirus (mm/s) | Sammu võimsus (W) | Servo võimsus (W) | ΔT Stepper ( kraad ) | ΔT servo ( kraad ) |
|---|---|---|---|---|
| 100 | 18 | 15 | 5 | 3 |
| 600 | 65 | 53 | 22 | 8 |
3.3 Pöördemoment kiirusel
Joonis 2 katab pöördemomendi-kiiruse kõveraid. Sammuti pöördemoment langeb 60% 0 p/min pealt 1200 p/min peale. Servo pöördemoment püsib ±5% piires kuni 3000 p/min.
3.4 Kulumudel
- Osade loendi maksumus telje kohta (USD, 2025. aasta II kvartali noteeringud):
- Stepperi komplekt (mootor + draiver + toiteallika osa): 42 dollarit
- Servokomplekt (mootor + draiver + kodeerija kaabel): 115 dollarit
Katke{0}}tekkib isegi siis, kui servode tsükli-aja kokkuhoid kaalub üles 73 dollari suuruse lisatasu. 10-tundi/nädalas masinlõikamisel kiirusega 600 mm/s saavutab tasuvus 14 nädala pärast (joonis 3).
4 Arutelu
4.1 Miks stepperid kiirusel täpsust kaotavad
Kinnitusmomendi pulsatsioon ja tagasi-EMF piirab mähise voolu tõusu aega. Tagasiside puudumine tähendab, et vahelejäänud sammud jäävad parandamata.
4.2 Servo allahindlused
Kooder lisab mootori pikkusele 32 mm, kuid välistab seiskumisohu. PID häälestamine võttis 15 min telje kohta; vaikevõimendused olid meie inertsiaalsete koormuste jaoks stabiilsed (J_load/J_rotor ≈ 5).
4.3 Piirangud
- Testides kasutatud 24 V siini; kõrgem pinge (48 V) pikendaks astmelise kiiruse ülemmäära.
- Termilised katsed viidi läbi ilma korpuseta; köetav korpus võib 14-kraadist vahet vähendada.
4.4 Praktiline kaasavõtt
Kui teie töökiirus jääb alla 200 mm/s ja mikroniviimistlus pole kriitiline, säästavad stepperid raha ja juhtmeid. Lükake üle 400 mm/s, graveerige metalli või vajate 24-tunnist järelevalveta töötamist – servod tasuvad end ära töökindluse ja pinnakvaliteediga.
5 Järeldus
Stepperid võidavad kergete{0}}lauaarvutite CNC lihtsuse ja esialgsete kuludega. Servod domineerivad, kui kiirus, täpsus või termiline vastupidavus on olulised. Kasutage otsustamiseks-vahetu{3}}tabelit (joonis 3)-ja seejärel käivitage 30-minutiline test uuesti oma katsestendil, et kinnitada, enne kui pühendute BOM-ile.