Srovnání servo a krokového motoru pro šroubování – Návod pro výběr průmyslového systému

Název produktu	Oblasti nasazení
Automatický šroubovák	Sestava spotřební elektroniky
Šroubovací robot	Výroba smartphone
Jednotka šroubování	Sestavení PCB a součástek
Servomotorový šroubovač	Výroba lékařských přístrojů
Automatický podavač šroubů	Sestavení telekomunikačních zařízení
Stolní šroubovací robot	Výroba dronů a UAV
CNC šroubovací jednotka	Výroba hraček a herních konzolí
Inteligentní šroubovací zařízení	Montáž elektrických kol
Šroubovač s dvojitou hlavou	Výroba inteligentních nositelných přístrojů
Inline šroubovací systém	Výroba bezpečnostních zařízení

Servomotor vs. Krokový motor v šroubovacích systémech

Průmyslová automatizace silně závisí na přesnosti, konzistenci a efektivitě v šroubovacích aplikacích. Jednou z klíčových rozhodnut, při návrhu těchto systémů, je výběr mezi servomotory a krokovými motory. Obě technologie mají své výhody a nevýhody, které ovlivňují klíčové parametry výkonu, jako je řízení kroutícího momentu, polohovací přesnost, produktivita a cena. Tento článek srovnává tyto rozdíly, aby pomohl inženýrům i návrhářům systémů činit informovaná rozhodnutí.

Při šroubovacích operacích je nejdůležitější přesnost a opakovatelnost. Servomotory, vybavené enkodéry pro reálné zpětnou vazbu, dosahují v polohování lepších výsledků v uzavřené smyčce. Můžou dosáhnout submikronové přesnosti (<0,001mm), a to díky dynamickému přizpůsobování na změny v zatížení, čímž zajistí konzistentní kroutící moment a úhel pohybu i za proměnlivých podmínek. Krokové motory fungují standardně v otevřené smyčce, spoléhají se na počet kroků a mechanické zajištění fáze. Nicméně, pokročilé krokové systémy s uzavřenou smyčkou se rozšiřují, což snižuje pravděpodobnost chyb. Jejich rozlišení může být doladěno pomocí mikrokrokování, dosahují úhlových výchylek až 0,9° na krok, pokud jsou správně nakonfigurovány. Bez použití enkodérů však zůstává riziko ztráty kroku, což vede ke zpětnému úderu nebo nesprávnému nastavení při nízkých rychlostech.

Při hodnocení dynamického výkonu se klíčové rozdíly nacházejí v charakteristikách rychlosti a kroutícího momentu. Servomotory poskytují vyšší poměr kroutícího momentu k momentu setrvačnosti při vysokých otáčkách. To umožňuje rychlejší zrychlení a zpomalení během vkládání šroubů. Schopnost provozu ve třífázovém sinusovém režimu minimalizuje žebrování a umožňuje dosažení otáček nad 5000 RPM s udržením plného momentu. Krokové motory, které mají vysoký počet pólů statoru, mají lepší stabilitu při nízkých otáčkách, což pomáhá při začleňování závitu bez znehodnocení hrotu. Nicméně, při rychlostech nad 3000 RPM klesá moment, protože vinutí nejsou schopna dostatečně rychle nabíjet. Tento kompromis činí krokové motory vhodnějšími pro cyklické sestavy se šrouby o průměru závitu pod 3 mm, zatímco servomotory se hodí do víceosých koordinovaných aplikací s většími spojeními.

Správa tepla a životnost jsou klíčové pro provozní spolehlivost. Servomotory spotřebovávají méně tepla ve stacionárních polohách, protože proud je řízen pouze na potřebnou hodnotu pomocí PID kontrolerů. To znižuje opotřebení převodovek nebo otočného šroubu a prodlužuje servisní intervaly. Krokové motory vyžadují neustále plnou hodnotu proudu pro udržení pozice, čímž se generuje časem nežádoucí teplo – zejména v systémech pracujících 24/7. Také vykazují větší odskoky frekvence v rozmezí 100–200 Hz, což může vést ke vibračním odchylkám, pokud materiál není tlumen nebo elektronicky kompenzován.

Celková nákladová analýza odhaluje kontrastní rozdílné ekonomiku. Kroková řešení jsou vstupní zboží lacinojší, 30–50 %, jelikož nemají enkodéry a využívají jednodušší ovladače. Jsou vhodné pro jednoduché spoje s 2 rychlostními profily a tolerance nad ±0,05mm. Servomotory znamenají vyšší počáteční investici kvůli implementaci enkodérů, vysokorychlostnímu ovladači a potřebě ladění. Ale tuto nákladovost lze oveřit u procesů závislých na přesnosti, kde režimy, jako řízené nastavování kroutícího momentu nebo programovatelné rychlostní profily umožňují jemné úpravy na materiálové odchylky a zamezují běžným vadám, jako jsou vyšourané závity.

Pro integrační flexibility mají náročnost ovládání a velikost velký vliv. Servomotory potřebují ovladače s programovým laděním, ale umožňují modulární reutilizaci a jsou vhodnější pro stroje přes více výrobních řad. Krokové motory akceptují signál pulz směr, což eliminuje potřebu složitého ladění, ale jejich fyzický rozměr je větší kvůli potřebným nosným přírubám a snížení rychlosti. Oba typy profitují z přímého spojení offrebus, ale serva vykazují menší polohovou odchylku při výpadku proudu díky absolutním enkodérům.

Ani jeden typ motoru není optimální ve všech situacích. Krokové motory mají výhodu v nákladově citlivých a jednoduchých šroubovacích úlohách s omezeným počtem rozběhů a zastavení. Servomotory excelují v kritických spojích u elektronických a leteckých komponent, kde jsou nezbytná řízená zpomalení kroutícího momentu, podpora pro detekci blokování a úsporné ventilované skříně. S rozvojem průmyslového IoT přinášejí servomotory více funkcí pro budoucí použití díky podpoře diagnostických operací přes prostředí fieldbusu (např. EtherCAT) v reálném čase. Porozumění těmto parametrům povolí návrhářům vybrat řešení optimalizované pro produkci a životnost systému.