Servo vs. Moteurs pas à pas pour les routeurs CNC de bureau

Servomoteurs vs moteurs pas à pas pour les routeurs CNC de bureau
PFT, Shenzhen

Comparer les caractéristiques de performance des systèmes de servomoteurs et de moteurs pas à pas dans les routeurs CNC de bureau dans des conditions typiques de découpe pour les loisirs et l'industrie légère.
Méthodes : Deux routeurs CNC de bureau configurés de manière identique ont été équipés respectivement d'un kit servo en boucle fermée (2 kW, 3000 tr/min, couple de crête de 12 Nm) et d'un système pas à pas NEMA 23 (1,26 A, angle de pas de 0,9 °). La réponse de la vitesse d'avance, la précision de positionnement, la constance du couple et le comportement thermique ont été mesurés à l'aide de capteurs de déplacement laser (± 0,005 mm) et de transducteurs de couple (± 0,1 Nm). Des coupes d'essai sur de l'aluminium 6061-T6 et du MDF ont simulé des tâches courantes de travail du bois et de travail des métaux. Les paramètres de contrôle et les schémas de câblage sont fournis pour la reproductibilité.
Résultats : Les systèmes servo ont obtenu une erreur de positionnement moyenne de 0,02 mm contre 0,08 mm pour les moteurs pas à pas, avec des amplitudes de vibration 25 % plus faibles à des vitesses d'avance élevées. Le couple a chuté de 5 % sous charge pour les servos contre 20 % pour les moteurs pas à pas. La température du moteur pas à pas a augmenté de 30 °C après une heure de fonctionnement, tandis que celle des servos a augmenté de 12 °C.
Conclusion : Les entraînements servo offrent une précision supérieure, un mouvement plus fluide et de meilleures performances thermiques à un coût et une complexité plus élevés. Les moteurs pas à pas restent rentables pour les applications à faible demande.

1 Introduction

En 2025, les routeurs CNC de bureau sont devenus accessibles aux fabricants, aux éducateurs et aux fabricants en petites séries. Le choix du moteur influence de manière critique la qualité de la coupe, le temps de cycle et la fiabilité du système. Les moteurs pas à pas offrent la simplicité et un faible coût initial, tandis que les systèmes servo promettent une vitesse plus élevée, une constance du couple et une précision en boucle fermée. Une comparaison objective dans des conditions mécaniques équivalentes est nécessaire pour guider les décisions d'achat.

2 Méthodes de recherche

2.1 Configuration expérimentale

• Base de la machine : Routeur à portique en aluminium de 400 mm × 400 mm avec des axes à vis à billes identiques
• Configurations du moteur :

                         A. Servo : kit de montage de broche sans balais de 2 kW, 3000 tr/min, 12 Nm

                         B. Pas à pas : NEMA 23, angle de pas de 0,9 °, 1,26 A/phase

• Électronique de contrôle : Pilotes correspondants (entraînement servo et pilote pas à pas), même micrologiciel du contrôleur CNC (GRBL v1.2), procédures de réglage PID équivalentes.
• Outils de mesure : Capteur laser (résolution 0,005 mm), transducteur de couple (précision 0,1 Nm), caméra thermique infrarouge.

2.2 Détails de la reproductibilité

• Les schémas de câblage et les paramètres de contrôle sont fournis à l'annexe A.
• Des extraits de code G de test (vitesses d'avance de 500 à 3000 mm/min) sont répertoriés à l'annexe B.
• Conditions environnementales : 22 ± 1 °C, 45 % d'humidité.

3 Résultats et analyse

3.1 Précision de positionnement

3.2 Constance du couple

Le couple sous une charge de 5 Nm a chuté de 5 % pour les servos et de 20 % pour les moteurs pas à pas (figure 2). Des événements de perte de pas se sont produits lors des tests des moteurs pas à pas au-dessus d'une accélération de 1000 mm/min.

3.3 Comportement thermique

Après une heure de fraisage continu :

• Température de l'enroulement du moteur pas à pas : 65 °C (ambiante 22 °C)
• Température du servomoteur : 34 °C

Un appel de courant plus élevé entraîne une plus grande chaleur dans les bobines du moteur pas à pas, ce qui augmente le risque d'arrêt thermique.

4 Discussion

4.1 Facteurs de performance

La rétroaction en boucle fermée du servo corrige les pas manqués et maintient le couple sous charge, ce qui se traduit par une tolérance plus faible et un mouvement plus fluide. La simplicité du moteur pas à pas réduit les coûts, mais limite les performances dynamiques et introduit une dérive liée à la chaleur.

4.2 Limites

• Seuls deux modèles de moteurs ont été testés ; les résultats peuvent varier avec différentes marques ou tailles.
• La fiabilité à long terme en fonctionnement continu n'a pas été évaluée.

4.3 Implications pratiques

Les routeurs équipés de servos conviennent à la gravure de précision, aux travaux de détail fins et au fraisage de l'aluminium, tandis que les routeurs pas à pas restent adéquats pour le travail du bois, les plastiques et l'utilisation éducative où les contraintes budgétaires prévalent.

5 Conclusion

Les servomoteurs surpassent les moteurs pas à pas en termes de précision, de stabilité du couple et de gestion thermique, justifiant un investissement plus élevé pour les applications exigeantes. Les moteurs pas à pas continuent d'offrir un choix économique pour les tâches à faible contrainte. Les futures recherches devraient inclure des tests de cycle de vie et l'impact des schémas de contrôle hybrides.