Servo vs. stappenmotoren voor desktop CNC-frezen

Servo vs. stappenmotoren voor desktop-cnc-routers
PFT, Shenzhen

Het vergelijken van de prestatiekenmerken van servo- en stappenmotorsystemen in desktop-CNC-routers onder typische snijomstandigheden voor hobby- en lichtindustrie.
Metoden:Twee identiek geconfigureerde desktop-CNC-routers werden respectievelijk uitgerust met een gesloten-loop servo kit (2 kW, 3000 tpm, 12 Nm piekmoment) en een NEMA 23 stapsysteem (1,26 A, 0,9° stapshoek).Feed-rate-respons, positioneringsnauwkeurigheid, koppelconsistentie en thermisch gedrag werden gemeten met behulp van laserverplaatsingssensoren (± 0,005 mm) en koppelomvormers (± 0,1 Nm).Testsnijden op gesimuleerde gebruikelijke hout- en metaalbewerkingswerkzaamheden van 6061‐T6 aluminium en MDFVoor reproductie zijn regelapparatuur en bedradingsdiagrammen verstrekt.
Resultaten:Servosystemen behaalden een gemiddelde positiefout van 0,02 mm tegenover 0,08 mm voor stappers, waarbij de trillingsamplitudes bij hoge voertempo's 25% lager waren.Dreefkracht met 5% verlaagd bij belasting voor servo's vergeleken met 20% voor stappersDe temperatuur van de stappenmotor steeg na een uur gebruik met 30 °C, terwijl die van de servo's met 12 °C steeg.
Conclusie:Servo-aandrijvingen leveren een superieure nauwkeurigheid, soepelere beweging en betere thermische prestaties tegen hogere kosten en complexiteit.

1 Inleiding

In 2025 zijn desktop-CNC-routers toegankelijk geworden voor fabrikanten, opvoeders en kleine producenten.Stappers bieden eenvoud en lage aanloopkostenIn de eerste plaats is het belangrijk dat de aankoop van de nieuwe motor met een hoge snelheid, een gelijkmatig koppel en een nauwkeurige gesloten cirkel wordt gecontroleerd.

2 Onderzoeksmethoden

2.1 Experimentele opstelling

• Machinabasis:400 × 400 mm aluminium portierrouter met identieke kogelschroefassen
• Motorconfiguratie:

A.Servo: 2 kW borstelloze spindelmontage, 3000 t/min, 12 Nm

B.Stepper: NEMA 23, 0,9° staphoek, 1,26 A/fase

• Elektronica voor besturing:overeenkomstige stuurprogramma's (servo-aandrijving en stapsleider), dezelfde firmware van de CNC-controller (GRBL v1.2), gelijkwaardige PID-instelprocedures.
• Metingsinstrumenten:Laser sensor (resolutie 0,005 mm), koppelomvormer (nauwkeurigheid 0,1 Nm), infrarood thermische camera.

2.2 Gegevens over de reproduceerbaarheid

• In aanhangsel A zijn bedradingsdiagrammen en besturingsparameters opgenomen.
• De test G-code-fragmenten (voedingssnelheden 500~3000 mm/min) zijn opgenomen in aanhangsel B.
• Omgevingsomstandigheden: 22 ± 1 °C, 45% luchtvochtigheid.

3 Resultaten en analyse

3.1 Positioneringsnauwkeurigheid

3.2 Consistentie van het koppel

Het koppel bij een belasting van 5 Nm daalde met 5% voor servo's en met 20% voor stappers (figuur 2).

3.3 Thermisch gedrag

Na een uur continu frezen:

• Temperatuur van de stapelrol: 65 °C (omgeving 22 °C)
• Servomotortemperatuur: 34 °C

Een hogere stroomopname leidt tot meer warmte in stapspellen, waardoor het risico op thermische uitschakeling toeneemt.

4 Bespreking

4.1 Prestatiefactoren

Servo-gesloten-lus feedback corrigeert gemiste stappen en handhaaft koppel onder belasting, wat resulteert in een nauwere tolerantie en een soepelere beweging.Eenvoudigheid van de stapper vermindert de kosten, maar beperkt de dynamische prestaties en introduceert warmte-gerelateerde drift.

4.2 Beperkingen

• Er zijn slechts twee motormodellen getest; de resultaten kunnen variëren met verschillende merken of maten.
• De betrouwbaarheid op lange termijn bij continue werking is niet beoordeeld.

4.3 Praktische gevolgen

Servo-uitgeruste routers zijn geschikt voor nauwkeurige gravure, fijn detailwerk en aluminiumfrees, terwijl stappenrouters geschikt blijven voor houtbewerking, kunststoffen,en onderwijsgebruik waar budgettaire beperkingen heersen.

5 Conclusies

Servomotoren presteren beter dan stappenmotoren op het gebied van nauwkeurigheid, koppelstabiliteit en thermisch beheer, wat hogere investeringen voor veeleisende toepassingen rechtvaardigt.Stappers blijven een zuinige keuze voor lage-stress-taken- toekomstige onderzoeken moeten levenscyclusonderzoeken en de impact van hybride bestrijdingssystemen omvatten.