PFT, Šenžena
Mērķis: nodrošināt atkārtojamu lēmumu sistēmu servo vai pakāpju motoru izvēlei galddatoru CNC konstrukcijās, kuru darba apjoms ir mazāks par 1 m³.
Metode: Testēšanas stends emulēja 3-ass portālu (X-Y statnis-un-zobrati, Z-lodīšu-skrūve). Četrdesmit astoņos pāros darbotos tika salīdzināti NEMA 23 soļi (2,8 A, 1,8 grādi) un 200 W bezsuku servo (3000 apgr./min, 17 bitu kodētājs). Dinamiskā stingrība, pozicionēšanas kļūda, reālais jaudas patēriņš un 8 stundu termiskais pieaugums tika reģistrēts pie 100 mm/s un 600 mm/s pārvietošanās ātrumiem.
Rezultāti: Pie 200 mm/s vai vienādam ar pakāpēm tika nodrošināta ±0,05 mm atkārtojamība ar par 25% zemākām detaļu izmaksām. Virs 400 mm/s servo saglabāja ±0,01 mm, vienlaikus griešanas jauda ir 18% un virsmas temperatūras paaugstināšanās līdz 8 grādiem, salīdzinot ar 22 grādiem stepperiem.
Secinājums: Steppers ir piemērots zemam-ātrumam, budžetam-pirmajām versijām; servo iekārtas kļūst ekonomiskas virs 400 mm/s vai tad, ja dominē termiskā stabilitāte un mikronu{3}līmeņa precizitāte.
1 Ievads
Izvēlieties nepareizu motoru, un jūsu galddatora CNC vai nu apstājas ar alumīniju vai samazina budžetu, izmantojot pārmērīgu aparatūru. Šajā rokasgrāmatā ir aprakstīti precīzie mērījumi,{1}}izmaiņu diagrammas un izmaksu modelis, ko izmantojām PFT laboratorijā, lai jūs varētu atkārtot testu savā stendā un pievienot numurus tieši MK.
2 Pētījumu metodes
2.1 Testēšanas iekārta
Rāmis: 6060-T5 ekstrūzija, 800 mm × 600 mm × 150 mm gājiens.
Sliedes: MGN15 lineārās vadotnes, C klase.
Piedziņas: 16 zobu zobrats, 20 mm soļa rādiuss → 62,8 mm/apgr.
2.2 Motoru pāri
| Ass | Steperis | Servo |
|---|---|---|
| X/Y | 2-fāzu, 3 N·m noturēšanas griezes moments, 1,8 grādi | 60 W nepārtraukta, 0,64 N·m nominālais, 2,5 N·m maksimums |
| Z | 1,2 N·m pakāpiens | Tas pats servo caur 4:1 planetāro |
2.3. Instrumenti
- Pozīcija: 0,1 μm stikla{1}}mēroga kodētājs, neatkarīgi no motora atgriezeniskās saites.
- Jauda: Yokogawa WT310, 0,1 W izšķirtspēja.
- Termiskais: K-tipa termopāris uz motora korpusa.
- Vadība: LinuxCNC 2.9, 1 kHz servo vītne abām sistēmām.
2.4. Procedūra (reproducējama)
1. darbība. Pārvietojiet katru asi 100 mm ar ātrumu 100 mm/s → piesakieties sekošanas kļūda.
2. darbība: atkārtojiet ar ātrumu 200, 400, 600 mm/s.
3. darbība. Piestipriniet 5 kg manekena vārpstu, palaidiet 30-min G-koda modeli ar 50% nodevu.
4. darbība: ierakstiet temperatūru ik pēc 60 s.
5. darbība: nomainiet motora tipus, saglabājiet mehāniku identisku, palaidiet atkārtoti.
3 Rezultāti un analīze
3.1. Pozicionēšanas precizitāte
1. attēlā attēlota vidējā absolūtā sekošanas kļūda pret pārvietošanās ātrumu. Steppers paliek zem 0,05 mm līdz 200 mm/s, pēc tam strauji paceļas līdz 0,18 mm ar ātrumu 600 mm/s. Servo paliek plakani ar 0,01 mm visā diapazonā.
3.2. Jauda un siltums
1. tabulā ir apkopota vidējā reālā jauda un ΔT pēc 30 minūtēm.
表格
复制
| Ātrums (mm/s) | Stepper Power (W) | Servo jauda (W) | ΔT Stepper ( grāds ) | ΔT servo ( grāds ) |
|---|---|---|---|---|
| 100 | 18 | 15 | 5 | 3 |
| 600 | 65 | 53 | 22 | 8 |
3.3 Griezes moments pie ātruma
2. attēlā ir attēlotas griezes momenta-ātruma līknes. Pakāpju griezes moments samazinās par 60% no 0 apgr./min. līdz 1200 apgr./min. Servo griezes moments saglabājas ±5 % robežās līdz 3000 apgr./min.
3.4. Izmaksu modelis
- Detaļu saraksta maksa par asi (USD, 2025. gada 2. ceturkšņa citāti):
- Stepper komplekts (motors + draiveris + barošanas bloka daļa): 42 USD
- Servo komplekts (motors + draiveris + kodētāja kabelis): 115 USD
Pārrāvums-notiek pat tad, ja cikla-laika ietaupījums servo iekārtu izmantošanai pārsniedz 73 ASV dolāru piemaksu. Ja mašīna griež 10-stundas/nedēļā ar ātrumu 600 mm/s, līdzsvars tiek sasniegts 14 nedēļās (3. attēls).
4 Diskusija
4.1. Kāpēc Steppers zaudē precizitāti pie ātruma
Detent griezes momenta pulsācija un atpakaļ{0}}EMF ierobežo tinuma strāvas pieauguma laiku. Ja nav atsauksmju, tas nozīmē, ka nokavētās darbības netiek izlabotas.
4.2. Servo{1}}atkāpes
Kodētājs palielina motora garumu par 32 mm, bet novērš apstāšanās risku. PID regulēšana aizņēma 15 min uz vienu asi; noklusējuma pieaugums bija stabils mūsu inerciālajām slodzēm (J_slodze/J_rotors ≈ 5).
4.3. Ierobežojumi
- Testos izmantota 24 V kopne; augstāks spriegums (48 V) palielinātu stepper ātruma griestus.
- Termiskie testi tika veikti bez korpusa; apsildāms korpuss varētu samazināt 14 grādu atstarpi.
4.4. Praktiska līdzņemšana
Ja jūsu darbi paliek zem 200 mm/s un mikronu apdare nav kritiska, steppers ietaupa naudu un vadus. Spiediet ātrāk par 400 mm/s, iegravējiet metālus vai 24-stundu bez uzraudzības — servosistēmas atmaksājas ar uzticamību un virsmas kvalitāti.
5 Secinājums
Steppers uzvar, pateicoties vienkāršībai un sākotnējām izmaksām par vieglu{0}}galddatoru CNC. Servo dominē, ja svarīgs ir ātrums, precizitāte vai termiskā izturība. Izmantojiet pārtraukuma-līdzsvara diagrammu (3. attēls), lai izlemtu,-un pēc tam atkārtoti veiciet 30 minūšu testu savā stendā, lai apstiprinātu, pirms apņematies izveidot MK.