デスクトップCNCルーターにおけるサーボモーターとステッピングモーター
PFT、深セン
デスクトップCNCルーターにおいて、サーボモーターとステッピングモーターシステムの性能特性を、一般的なホビーおよび軽工業的な切削条件下で比較する。
方法: 2台の同一構成のデスクトップCNCルーターに、それぞれクローズドループサーボキット（2kW、3000rpm、12Nmのピークトルク）とNEMA23ステッピングシステム（1.26A、0.9°ステップ角）を取り付けた。送り速度応答、位置決め精度、トルクの安定性、および熱的挙動を、レーザー変位センサー（±0.005mm）とトルク変換器（±0.1Nm）を使用して測定した。6061-T6アルミニウムとMDFのテストカットは、一般的な木工および金属加工タスクをシミュレートした。再現性のために、制御パラメータと配線図が提供されている。
結果: サーボシステムは、平均位置決め誤差0.02mmを達成し、ステッピングモーターは0.08mmであった。高送り速度での振動振幅は25%低減された。トルクは、サーボでは負荷下で5%低下したのに対し、ステッピングモーターでは20%低下した。ステッピングモーターの温度は1時間の運転後30℃上昇したのに対し、サーボは12℃上昇した。
結論: サーボドライブは、より高いコストと複雑さがあるものの、優れた精度、よりスムーズな動作、およびより優れた熱性能を提供する。ステッピングモーターは、低需要の用途には依然として費用対効果が高い。
2025年、デスクトップCNCルーターは、メーカー、教育者、および小規模バッチ製造業者にとって利用可能になった。モーターの選択は、切削品質、サイクルタイム、およびシステムの信頼性に大きく影響する。ステッピングモーターは、シンプルさと低コストを提供する一方、サーボシステムは、より高い速度、トルクの安定性、およびクローズドループ精度を約束する。同等の機械的条件下での客観的な比較は、購入決定を導くために必要である。
A.サーボ: 2kWブラシレススピンドルマウントキット、3000rpm、12Nm
B.ステッピング: NEMA23、0.9°ステップ角、1.26A/相
| モータータイプ | 平均誤差（mm） | 最大誤差（mm） |
|---|---|---|
| サーボ | 0.02±0.005 | 0.03 |
| ステッピング | 0.08±0.02 | 0.12 |
図1は、100回の移動における誤差分布を示す。サーボは、3000mm/分でも0.03mm以下の誤差を維持する一方、ステッピングモーターは、急な反転で0.1mmを超える。
5Nmの負荷下でのトルクは、サーボでは5%低下し、ステッピングモーターでは20%低下した（図2）。ステップロスイベントは、1000mm/分以上の加速度のステッピングテストで発生した。
1時間の連続ミリング後:
より高い電流消費は、ステッピングコイル内のより大きな熱につながり、熱シャットダウンのリスクを高める。
サーボのクローズドループフィードバックは、ステップ抜けを修正し、負荷下でトルクを維持し、より高い許容誤差とよりスムーズな動作をもたらす。ステッピングのシンプルさはコストを削減するが、動的性能を制限し、熱に関連するドリフトを導入する。
サーボ搭載ルーターは、精密彫刻、細部作業、およびアルミニウムミリングに適しており、ステッピングルーターは、予算の制約がある木工、プラスチック、および教育用途に適している。
サーボモーターは、精度、トルク安定性、および熱管理においてステッピングモーターを上回り、要求の厳しい用途へのより高い投資を正当化する。ステッピングモーターは、低負荷のタスクに対して引き続き経済的な選択肢を提供する。今後の調査では、ライフサイクルテストとハイブリッド制御スキームの影響を含める必要がある。
