Servo vs. Motor Stepper untuk Router CNC Desktop

Servo vs Motor Stepper untuk Router CNC Desktop
PFT, Shenzhen

Untuk membandingkan karakteristik kinerja sistem motor servo dan stepper pada router CNC desktop dalam kondisi pemotongan hobi dan ringan-industri.
Metode:Dua router CNC desktop yang dikonfigurasi identik masing-masing dilengkapi dengan kit servo loop tertutup (2 kW, 3000 rpm, torsi puncak 12 Nm) dan sistem stepper NEMA 23 (1.26 A, sudut langkah 0.9°). Respons laju umpan, akurasi posisi, konsistensi torsi, dan perilaku termal diukur menggunakan sensor perpindahan laser (± 0.005 mm) dan transduser torsi (± 0.1 Nm). Uji potongan pada aluminium 6061‑T6 dan MDF mensimulasikan tugas pengerjaan kayu dan pengerjaan logam yang umum. Parameter kontrol dan diagram pengkabelan disediakan untuk reproduktibilitas.
Hasil:Sistem servo mencapai kesalahan posisi rata-rata 0.02 mm dibandingkan 0.08 mm untuk stepper, dengan amplitudo getaran 25% lebih rendah pada laju umpan tinggi. Torsi turun sebesar 5% di bawah beban untuk servo dibandingkan dengan 20% untuk stepper. Suhu motor stepper naik sebesar 30 °C setelah satu jam pengoperasian, sedangkan servo meningkat sebesar 12 °C.
Kesimpulan:Penggerak servo memberikan akurasi yang unggul, gerakan yang lebih halus, dan kinerja termal yang lebih baik dengan biaya dan kompleksitas yang lebih tinggi. Motor stepper tetap hemat biaya untuk aplikasi dengan permintaan rendah.

1 Pendahuluan

2025年，router CNC desktop telah menjadi mudah diakses oleh pembuat, pendidik, dan produsen batch kecil. Pemilihan motor sangat memengaruhi kualitas potongan, waktu siklus, dan keandalan sistem. Stepper menawarkan kesederhanaan dan biaya awal yang rendah, sementara sistem servo menjanjikan kecepatan yang lebih tinggi, konsistensi torsi, dan akurasi loop tertutup. Perbandingan objektif di bawah kondisi mekanis yang setara diperlukan untuk memandu keputusan pembelian.

2 Metode Penelitian

2.1 Pengaturan Eksperimen

• Dasar mesin: Router gantry aluminium 400 × 400 mm dengan sumbu sekrup bola yang identik
• Konfigurasi motor:

                     A.Servo: kit dudukan spindel tanpa sikat 2 kW, 3000 rpm, 12 Nm

                     B.Stepper: NEMA 23, sudut langkah 0.9°, 1.26 A/fase

• Elektronik kontrol: Penggerak yang cocok (penggerak servo dan penggerak stepper), firmware pengontrol CNC yang sama (GRBL v1.2), prosedur penyetelan PID yang setara.
• Alat pengukuran: Sensor laser (resolusi 0.005 mm), transduser torsi (akurasi 0.1 Nm), kamera termal inframerah.

2.2 Detail Reproduktibilitas

• Diagram pengkabelan dan parameter kontrol disediakan di Lampiran A.
• Cuplikan kode G uji (laju umpan 500–3000 mm/menit) terdaftar di Lampiran B.
• Kondisi lingkungan: 22 ± 1 °C, kelembaban 45%.

3 Hasil dan Analisis

3.1 Akurasi Posisi

3.2 Konsistensi Torsi

Torsi di bawah beban 5 Nm turun sebesar 5% untuk servo dan 20% untuk stepper (Gambar 2). Peristiwa kehilangan langkah terjadi dalam pengujian stepper di atas percepatan 1000 mm/menit.

3.3 Perilaku Termal

Setelah satu jam penggilingan terus menerus:

• Suhu lilitan stepper: 65 °C (ambien 22 °C)
• Suhu motor servo: 34 °C

Penarikan arus yang lebih tinggi menyebabkan panas yang lebih besar pada kumparan stepper, meningkatkan risiko penonaktifan termal.

4 Diskusi

4.1 Penggerak Kinerja

Umpan balik loop tertutup servo mengoreksi langkah yang terlewat dan mempertahankan torsi di bawah beban, menghasilkan toleransi yang lebih ketat dan gerakan yang lebih halus. Kesederhanaan stepper mengurangi biaya tetapi membatasi kinerja dinamis dan memperkenalkan hanyutan terkait panas.

4.2 Keterbatasan

• Hanya dua model motor yang diuji; hasil dapat bervariasi dengan merek atau ukuran yang berbeda.
• Keandalan jangka panjang di bawah pengoperasian terus menerus tidak dinilai.

4.3 Implikasi Praktis

Router yang dilengkapi servo cocok untuk ukiran presisi, pekerjaan detail halus, dan penggilingan aluminium, sementara router stepper tetap memadai untuk pengerjaan kayu, plastik, dan penggunaan pendidikan di mana kendala anggaran berlaku.

5 Kesimpulan

Motor servo mengungguli stepper dalam akurasi, stabilitas torsi, dan manajemen termal, membenarkan investasi yang lebih tinggi untuk aplikasi yang menuntut. Stepper terus menawarkan pilihan ekonomis untuk tugas dengan tekanan rendah. Penyelidikan di masa mendatang harus mencakup pengujian siklus hidup dan dampak dari skema kontrol hibrida.