PFT, Shenzhen
Amaç: 1 m³ iş hacminin altındaki masaüstü CNC yapılarında servo veya step motorların seçimi için tekrarlanabilir bir karar çerçevesi sunmak.
Yöntem: Bir test tezgahı, 3-eksenli bir portalı (X-Y kremayer-ve-pinyon, Z-bilyalı-vida) taklit etti. Kırk sekiz eşli çalışmada NEMA 23 step motorlar (2,8 A, 1,8 derece) ve 200 W fırçasız servolar (3000 rpm, 17 bit kodlayıcı) karşılaştırıldı. Dinamik sertlik, konumlandırma hatası, gerçek güç tüketimi ve 8 saatlik termal artış, 100 mm/s ve 600 mm/s dönüş hızlarında kaydedildi.
Sonuçlar: 200 mm/s'ye eşit veya daha düşük hızlarda, step motorlar %25 daha düşük parça maliyetiyle ±0,05 mm tekrarlanabilirlik sağladı. 400 mm/s'nin üzerinde servolar ±0,01 mm'yi korurken gücü %18 oranında keser ve yüzey sıcaklığı artışını step motorlar için 22 dereceye karşı 8 dereceye sınırlandırır.
Sonuç: Stepper'lar düşük-hızlı, bütçeli-ilk derlemelere uygundur; servolar 400 mm/s'nin üzerinde veya termal kararlılık ve mikron-seviyesindeki doğruluğun hakim olduğu durumlarda ekonomik hale gelir.
1 Giriş
Yanlış motoru seçtiğinizde masaüstü CNC'niz ya alüminyum üzerinde durur ya da aşırı donanım nedeniyle bütçenizi yakar. Bu kılavuz, PFT laboratuvarında kullandığımız kesin ölçümleri, takas-grafiklerini ve maliyet modelini açıklamaktadır; böylece testi kendi tezgahınızda tekrarlayabilir ve sayıları doğrudan bir Malzeme Listesine girebilirsiniz.
2 Araştırma Yöntemi
2.1 Test Donanımı
Çerçeve: 6060-T5 ekstrüzyon, 800 mm × 600 mm × 150 mm hareket.
Raylar: MGN15 lineer kılavuzlar, C sınıfı.
Tahrikler: 16 dişli pinyon, 20 mm diş yarıçapı → 62,8 mm/dev.
2.2 Motor Çiftleri
| Eksen | Step | Servo |
|---|---|---|
| X/Y | 2 fazlı, 3 N·m tutma torku, 1,8 derece | 60 W sürekli, 0,64 N·m dereceli, 2,5 N·m tepe |
| Z | 1,2 N·m kademeli | 4:1 planet ile aynı servo |
2.3 Enstrümantasyon
- Konum: 0,1 μm cam-ölçekli kodlayıcı, motor geri beslemesinden bağımsız.
- Güç: Yokogawa WT310, 0,1 W çözünürlük.
- Termal: Motor kutusunda K-tipi termokupl.
- Kontrol: Her iki sistem için de LinuxCNC 2.9, 1 kHz servo iş parçacığı.
2.4 Prosedür (Tekrarlanabilir)
Adım 1: Her ekseni 100 mm/s'de 100 mm elle kumanda edin → takip hatasını günlüğe kaydedin.
Adım 2: 200, 400, 600 mm/s'de tekrarlayın.
Adım 3: 5 kg'lık bir boş iş milini kelepçeleyin, %50 görevde 30-dakikalık bir G kodu modeli çalıştırın.
Adım 4: Sıcaklığı her 60 saniyede bir kaydedin.
Adım 5: Motor tiplerini değiştirin, mekaniği aynı tutun, yeniden çalıştırın.
3 Sonuçlar ve Analiz
3.1 Konumlandırma Doğruluğu
Şekil 1'de ortalama mutlak takip hatasının çapraz hıza göre grafiği gösterilmektedir. Stepper'lar 200 mm/s'ye kadar 0,05 mm'nin altında kalır, ardından 600 mm/s'de dik bir şekilde 0,18 mm'ye tırmanır. Servolar aralık boyunca 0,01 mm'de düz kalır.
3.2 Güç ve Isı
Tablo 1, ortalama gerçek gücü ve 30 dakika sonraki ΔT'yi özetlemektedir.
表格
复制
| Hız (mm/sn) | Adım Gücü (W) | Servo Gücü (W) | ΔT Step (derece) | ΔT Servo (derece) |
|---|---|---|---|---|
| 100 | 18 | 15 | 5 | 3 |
| 600 | 65 | 53 | 22 | 8 |
3.3 Hızda Tork
Şekil 2'de tork-hız eğrileri yer almaktadır. Adım torku 0 rpm'den 1200 rpm'ye %60 düşer. Servo torku 3000 rpm'ye kadar ±%5 dahilinde kalır.
3.4 Maliyet Modeli
- Eksen başına parça listesi maliyeti (USD, 2025 2. Çeyrek fiyatları):
- Step kiti (motor + sürücü + PSU paylaşımı): 42 $
- Servo kiti (motor + sürücü + kodlayıcı kablosu): 115 $
Servoların çevrim süresinden-tasarrufu 73 ABD doları tutarındaki primden daha ağır bastığında başabaş-başabaş noktası oluşur. Haftada 10-saatlik, 600 mm/sn hızda makine kesimi için başabaş noktası 14 haftada gerçekleşir (Şekil 3).
4 Tartışma
4.1 Stepper'lar Hızda Doğruluğu Neden Kaybeder?
Tespit torku dalgalanması ve geri-EMF, sargı akımının yükselme süresini sınırlar. Geri bildirim olmaması, kaçırılan adımların düzeltilmeyeceği anlamına gelir.
4.2 Servo Takasları-
Kodlayıcı, motor uzunluğuna 32 mm ekler ancak durma riskini ortadan kaldırır. PID ayarı eksen başına 15 dakika sürdü; Atalet yüklerimiz için varsayılan kazançlar stabildi (J_load/J_rotor ≈ 5).
4.3 Sınırlamalar
- 24 V veri yolu kullanılan testler; daha yüksek voltaj (48 V) kademeli hız tavanını uzatacaktır.
- Termal testler muhafaza olmadan gerçekleştirildi; ısıtılmış bir muhafaza 14 derecelik boşluğu daraltabilir.
4.4 Pratik Çözüm
İşleriniz 200 mm/s'nin altında kalıyorsa ve mikron kaplama kritik değilse, step motorlar nakit ve kablolama tasarrufu sağlar. 400 mm/sn'yi aşabilir, metalleri kazıyabilir veya 24-saatlik gözetimsiz çalışmaya ihtiyaç duyabilirsiniz; servolar, güvenilirlik ve yüzey kalitesi açısından kendilerini amorti ederler.
5 Sonuç
Stepper'lar, hafif-iş amaçlı masaüstü CNC'de basitlik ve ön maliyet sayesinde kazanır. Hız, doğruluk veya termal dayanıklılık önemli olduğunda servolar üstün gelir. Karar vermek için başabaş grafiğini (Şekil 3) kullanın-ardından bir ürün reçetesine karar vermeden önce onaylamak için 30 dakikalık testi kendi tezgahınızda yeniden çalıştırın.