Motores Servo vs. Motores de Passo para Roteadores CNC de Mesa
PFT, Shenzhen
Comparar as características de desempenho dos sistemas de motores servo e de passo em roteadores CNC de mesa sob condições típicas de corte para hobby e indústria leve.
Métodos: Dois roteadores CNC de mesa configurados de forma idêntica foram equipados, respectivamente, com um kit servo de circuito fechado (2 kW, 3000 rpm, torque de pico de 12 Nm) e um sistema de passo NEMA 23 (1,26 A, ângulo de passo de 0,9°). A resposta da taxa de avanço, a precisão de posicionamento, a consistência do torque e o comportamento térmico foram medidos usando sensores de deslocamento a laser (± 0,005 mm) e transdutores de torque (± 0,1 Nm). Cortes de teste em alumínio 6061-T6 e MDF simularam tarefas comuns de marcenaria e metalurgia. Parâmetros de controle e diagramas de fiação são fornecidos para reprodutibilidade.
Resultados: Os sistemas servo alcançaram um erro médio de posicionamento de 0,02 mm em comparação com 0,08 mm para motores de passo, com amplitudes de vibração 25% menores em altas taxas de avanço. O torque caiu 5% sob carga para servos em comparação com 20% para motores de passo. A temperatura do motor de passo subiu 30 °C após uma hora de operação, enquanto os servos aumentaram 12 °C.
Conclusão: Os acionamentos servo oferecem precisão superior, movimento mais suave e melhor desempenho térmico a um custo e complexidade maiores. Os motores de passo continuam sendo econômicos para aplicações de baixa demanda.
1 Introdução
Em 2025, os roteadores CNC de mesa tornaram-se acessíveis a fabricantes, educadores e fabricantes de pequenos lotes. A seleção do motor influencia criticamente a qualidade do corte, o tempo do ciclo e a confiabilidade do sistema. Os motores de passo oferecem simplicidade e baixo custo inicial, enquanto os sistemas servo prometem maior velocidade, consistência de torque e precisão de circuito fechado. Uma comparação objetiva sob condições mecânicas equivalentes é necessária para orientar as decisões de compra.
2 Métodos de Pesquisa
2.1 Configuração Experimental
Base da máquina: Roteador de pórtico de alumínio de 400 mm x 400 mm com eixos de fuso de esferas idênticos
Configurações do motor:
A. Servo: kit de montagem de fuso sem escova de 2 kW, 3000 rpm, 12 Nm
B. Passo: NEMA 23, ângulo de passo de 0,9°, 1,26 A/fase
Eletrônica de controle: Drivers correspondentes (acionamento servo e driver de passo), o mesmo firmware do controlador CNC (GRBL v1.2), procedimentos de ajuste PID equivalentes.
Ferramentas de medição: Sensor a laser (resolução de 0,005 mm), transdutor de torque (precisão de 0,1 Nm), câmera térmica infravermelha.
2.2 Detalhes de Reprodutibilidade
Diagramas de fiação e parâmetros de controle são fornecidos no Apêndice A.
Fragmentos de código G de teste (taxas de avanço de 500 a 3000 mm/min) estão listados no Apêndice B.
Condições ambientais: 22 ± 1 °C, 45% de umidade.
3 Resultados e Análise
3.1 Precisão de Posicionamento
Tipo de Motor
Erro Médio (mm)
Erro Máximo (mm)
Servo
0,02 ± 0,005
0,03
Passo
0,08 ± 0,02
0,12
A Figura 1 mostra as distribuições de erro em 100 movimentos. Os servos mantêm um erro inferior a 0,03 mm, mesmo a 3000 mm/min, enquanto os motores de passo excedem 0,1 mm sob reversões rápidas.
3.2 Consistência do Torque
O torque sob uma carga de 5 Nm caiu 5% para servos e 20% para motores de passo (Figura 2). Eventos de perda de passo ocorreram em testes de passo acima de uma aceleração de 1000 mm/min.
3.3 Comportamento Térmico
Após uma hora de fresagem contínua:
Temperatura do enrolamento do motor de passo: 65 °C (ambiente 22 °C)
Temperatura do motor servo: 34 °C
A maior corrente consumida leva a um calor maior nas bobinas do motor de passo, aumentando o risco de desligamento térmico.
4 Discussão
4.1 Impulsionadores de Desempenho
O feedback de circuito fechado do servo corrige os passos perdidos e mantém o torque sob carga, resultando em tolerância mais apertada e movimento mais suave. A simplicidade do motor de passo reduz o custo, mas limita o desempenho dinâmico e introduz deriva relacionada ao calor.
4.2 Limitações
Apenas dois modelos de motor foram testados; os resultados podem variar com diferentes marcas ou tamanhos.
A confiabilidade a longo prazo sob operação contínua não foi avaliada.
4.3 Implicações Práticas
Os roteadores equipados com servo são adequados para gravação de precisão, trabalhos de detalhes finos e fresagem de alumínio, enquanto os roteadores de passo permanecem adequados para marcenaria, plásticos e uso educacional, onde as restrições orçamentárias prevalecem.
5 Conclusão
Os motores servo superam os motores de passo em precisão, estabilidade de torque e gerenciamento térmico, justificando um investimento maior para aplicações exigentes. Os motores de passo continuam a oferecer uma escolha econômica para tarefas de baixo estresse. Investigações futuras devem incluir testes de ciclo de vida e o impacto de esquemas de controle híbridos.