Servomotores vs. Motores de Passo para Fresadoras CNC de Mesa

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

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.