Serwo vs Stepper W Systemach Zakręcania Śrub<\/b>

Automatyzacja przemysłowa bardzo polega na precyzji, spójnej pracy i efektywności w rozwiązaniach śrubujących. Kluczową decyzją przy projektowaniu takich systemów staje się wybór między silnikami serwo a krokowymi. Oba rozwiązania charakteryzują się unikalnymi zaletami i ograniczeniami wpływającymi na parametry takie jak kontrola momentu obrotowego, dokładność pozycjonowania, przepustowość i koszt. Ten artykuł prezentuje porównanie różnic mając na celu pomoc inżynierom i projektantom w podejmowaniu świadomych decyzji.<\/p> \n \n

W operacjach dokręcania śrub dokładność i powtarzalność<\/b> są decydujące. Silniki serwo wyposażyliśmy w enkodery do monitorowania w czasie rzeczywistym, które zwykle pokonują krokowe motory w zadaniach pozycjonowania z zamkniętą pętlą. Mogą osiągać submikronową precyzję (<0.001mm), dynamicznie dostosowując się do zmian obciążenia, co zapewnia spójny moment i kąt nawet przy zmiennych warunkach. Silniki krokowe z kolei normalnie działają w trybie otwartej pętli, opierając się na liczbie kroków i wyłącznie mechanicznym zatrzasku fazowym. Wprawdzie powstają zaawansowane systemy krokowe ze sprzężeniem zwrotnym zmniejszającymi liczbę błędów, to jednak typowa dla nich kontrola bez feed-back pozostawia możliwość przegapienia kroków i prowadzi do przeciwności (backlash) lub błędów pozycjonowania przy niskich prędkościach.<\/p> \n \n

Oceniając dynamikę działania, głównym rozróżnieniem są cechy prędkości i momentu obrotowego<\/b>. Silniki serwo osiągają lepszy stosunek moment obrotowy-do-bezwładności przez cały zakres wysokiej prędkości obrotowej, który pozwala prowadzić szybszą akcelerację i deakcelerację podczas wkręcania śruby. Dzięki pracy trójfazowej sinusoidalnej minimalizują efekt zgrzytu i osiągają prędkości >5000 RPM przy pełnej wydajności momentu. Silniki krokowe o dużym poziomie turystyki i momencie pozycyjnym zapewniają lepszą stabilność przy niskich prędkościach, co jest przydatne przy początkowym wkręcaniu śruby bez ryzyka wygrzebywania gwintu. Jednak ich moment spada powyżej 3000 RPM z powodu ograniczenia prędkości przełączania uzwojeń. Ten kompromis czyni je przydatnymi do cyklicznych zastosowań śrub o średnicy gwintu poniżej 3 mm, a systemy serwo lepiej pasują do wysokiej precyzji wieloosiowych projektów i większych łączników.<\/p> \n \n

Zarządzanie temperaturą i trwałość to istotne kwestie wpływające na niezawodność urządzenia<\/b>. Silniki serwo działają chłodniej w pozycji stacjonarnej dzięki dostosowaniu poboru prądu poprzez sterowniki PID. To zmniejsza zużycie mechaniczne przekładni i przedłuża średni czas między awariami. Silniki krokowe natomiast potrzebują pełnego, permanentnego prądu w celu uchwyty pozycji, co prowadzi do ogrzewania urządzenia szczególnie poważne w środowisku 24\/7. Posiadają też większą rezonansową wibrację przy częstotliwościach 100-200 Hz, co może powodować zmniejszenie precyzji z użycia, niż urządzenia techniczne lub elektronika do kompensacji.<\/p> \n \n

Całkowity koszt systemu ujawnia przeciwne finanse. rozwiązania krokowe<\/b> mają o 30-50% niższą cenę początkową z powodu braku enekoderów i niższej złożoności obwodu sterującego. Są one idealne dla prostych morengowych śrubujących z tolerancją powyżej ±.05 mm. Silniki serwa są droższe z powodu obecności enkodera, napędów dużej rozdzielczości i kalibracji. Niemniej jednak może to się opłacać w miejsce precyzyjnych procesów<- gdzie rozwiązania takie jak kontrola gradientu momentu obrotowego czy profili prędkości pozwalają na dogodne dostosowania do niejednorodnych materiałów i uniemożliwiają najczęstsze wady jak nawiercone gwinty.<\/p> \n \n

Ze względu na elastyczność integracji złożoność kontroli i wielkość obudowy<\/b> grają ważną rolę. Silniki serwo wymagają napędów kalibrujących ze oprogramowaniem, co pozwala na ich modułowość stosowania w wielu liniami produkcyjnymi. Silniki krokowe przyjmują bezpośrednio sygnały impulsowe i kierunkowe, eliminując potrzebę kalibracji, ale mają większy fizyczny wymiar z powodu potrzeby używania wsporników reductorów. Obie rodzaje korzystają z bezpośredniego sprzężenia zamiast taśmociągów, jednak serwa wskutek tego menjsze przesunięcia pozycjonowania w czasie przerw w zasilaniu (przy zastosowaniu bezwzględnych encoderów).<\/p> \n \n

Nie ma lepszego rozwiązania w klasie silnika. Silniki krokowe mają przewagę w prostych zakręcanych zadań wrażliwych na koszty ograniczając liczbę startów-stopów. Silniki serwo lepiej sprawdzają się w krytycznych połączeniach montażu elektronicznego i lotniczego, gdzie programowalne nachylenia momentu obrotowego, detektor zablokowania i energooszczędne obudowy wymagane są. Z rosnącą obecnością IoT w przemyśle, wsparcie serw dla diagnostyki czasu rzeczywistego przez fieldbuse takie jak EtherCAT wyróżnia je na tle krokowców nadać wartość przewidywalności. Dokładne poznanie tych parametrów pozwala projektantom wybierać idealnie dobrane rozwiązania dla przepustowości i żywotności systemu.<\/p>