Silnik serwo AC Mitsubishi HC-SFS102K

Seria MELSERVO-J2S | 1 kW | 2000 obr./min | Wał z wpustem | 17-bitowy enkoder absolutny | IP65

Gdy połączenie wału jest niepodlegające negocjacjom

Nie każde sprzęgło mechaniczne może polegać wyłącznie na tarciu i dopasowaniu wciskowym. Koła pasowe rozrządu, koła zębate, piasty kół zębatych i krzywki zamontowane na wale serwo podlegają zazwyczaj obciążeniom momentu obrotowego zmieniającego kierunek – a w takich warunkach prosty, gładki wał stanowi ryzyko. Mitsubishi HC-SFS102K rozwiązuje ten problem bezpośrednio dzięki wałowi z wpustem, zapewniając pozytywne blokowanie mechaniczne między wałem silnika a dowolnym napędzanym elementem wyposażonym w pasujące gniazdo wpustowe.

Poza konfiguracją wału, HC-SFS102K jest identyczny pod względem specyfikacji ze standardowym HC-SFS102: silnik serwo AC bezszczotkowy o mocy 1 kW, 2000 obr./min z rodziny MELSERVO-J2S, wyposażony w 17-bitowy enkoder absolutny i ochronę środowiskową IP65. Jest to ten sam sprawdzony silnik średniej klasy – z geometrią wału, której faktycznie potrzebują aplikacje napędzane paskiem, przekładnią lub łańcuchem.

Specyfikacje techniczne

Argument za wałem z wpustem w zastosowaniach serwo

Wpust może wyglądać jak prosty wyfrezowany rowek, ale jego wpływ na niezawodność systemu jest znaczący. Bez wpustu, przenoszenie mocy z wału serwo na koło pasowe lub piastę zależy całkowicie od siły zacisku blokady stożkowej, śruby ustalającej piasty lub dopasowania wciskowego. Gdy obciążenie zmienia kierunek – co ma miejsce w praktycznie każdej osi sterowanej serwo – siła zacisku musi przeciwdziałać wstrząsom bezwładnościowym związanym ze zmianą kierunku. Z czasem, lub w przypadku hamowania awaryjnego, połączenie może się ślizgać lub na styku może pojawić się zużycie cierne.

Wpust i klin zamieniają tę zależność od tarcia na bezpośrednią ścieżkę ścinania. Połączenie mechaniczne jest pozytywne: klin fizycznie zapobiega względnemu obrotowi między wałem a piastą. W przypadku maszyn, w których oś serwo napędza pasek rozrządu, stopień przekładni lub koło łańcuchowe, wał z wpustem HC-SFS102K jest wyborem specyfikacji, który eliminuje kategorię potencjalnych awarii.

Instrukcja obsługi silnika serwo Mitsubishi szczegółowo opisuje prawidłową procedurę montażu wpustu: dwustronny sworzeń wkręcany w otwór na śrubę końca wału, z podkładką i nakrętką do osiowego dociskania elementu do wału. Zapobiega to uderzeniu młotkiem w koniec wału, które w przeciwnym razie uszkodziłoby wbudowany enkoder.

17-bitowy enkoder absolutny – rozdzielczość do 0,00274°

Przy 131 072 pozycjach na obrót, wbudowany enkoder absolutny dzieli każdy obrót wału na kroki o około 0,00274°. Praktyczna korzyść jest najbardziej widoczna przy niskich prędkościach, gdzie mniej precyzyjny enkoder powoduje widoczne pulsacje momentu obrotowego, gdy pętla sterowania przechodzi przez dyskretne przyrosty liczby impulsów. Rozdzielczość enkodera HC-SFS102K jest wystarczająco wysoka, aby efekt ten stał się niedostrzegalny w całym zakresie prędkości roboczych silnika.

Absolutny charakter enkodera ma znaczenie z innego powodu: pozycja jest zachowywana po cyklach zasilania. Nie ma powrotu do pozycji referencyjnej, sekwencji homowania, zależności od tego, czy silnik pozostał nieruchomy podczas przerwy w zasilaniu. Wzmacniacz odczytuje dokładną pozycję wału w momencie uruchomienia systemu, niezależnie od tego, co działo się, gdy był wyłączony. W przypadku maszyn, które często cyklicznie włączają i wyłączają zasilanie lub które muszą wznowić precyzyjne pozycjonowanie po zatrzymaniu awaryjnym, jest to praktyczna zaleta operacyjna, a nie teoretyczna.

Kompatybilne wzmacniacze serwo

HC-SFS102K jest przeznaczony do współpracy ze wzmacniaczami klasy 1 kW z serii MR-J2S. Zweryfikowane kompatybilne modele z katalogu Mitsubishi MELSERVO-J2-Super obejmują:

MR-J2S-100A obsługuje tryby sterowania pozycją, prędkością i momentem obrotowym niezależnie, a także tryb mieszany podczas cyklu – przełączanie pozycja/prędkość, przełączanie prędkość/moment obrotowy, przełączanie moment obrotowy/pozycja – co czyni go najbardziej wszechstronną opcją dla maszyn wymagających zmiany strategii sterowania między fazami pracy. MR-J2S-100B jest właściwym wyborem wszędzie tam, gdzie wiele osi musi poruszać się z precyzyjną synchronizacją przez SSCNET.

Okablowanie jest zgodne ze standardowym układem MELSERVO: zasilanie silnika do zacisków U, V, W; kabel sprzężenia zwrotnego enkodera do złącza CN2. Nie są wymagane żadne dodatkowe elementy interfejsu ani zmiany plików parametrów ze względu na wariant z wałem z wpustem.

Gdzie ten silnik jest stosowany

HC-SFS102K znajduje zastosowanie w każdej aplikacji łączącej moc serwo 1 kW z przenoszeniem mocy za pomocą paska lub przekładni. Udokumentowane obszary zastosowań w katalogu MELSERVO-J2S obejmują:

• Maszyny transportowe i przenośniki– przenośniki indeksujące napędzane paskiem rozrządu, gdzie wpust zapewnia niezawodne pozycjonowanie podczas cykli start-stop ze zmianą kierunku
• Roboty przemysłowe– napędy przegubów ramion, gdzie piasta z wpustem zapobiega poślizgowi pod wpływem dynamicznych obciążeń o wysokiej częstotliwości typowych dla operacji typu pick-and-place
• Stoły pozycjonujące X-Y– osie wykorzystujące pasek rozrządu lub śrubę kulową z mocowaniem koła pasowego napędzanego paskiem
• Głowice obrotowe i indeksujące– mechanizmy pozycjonowania obrotowego, gdzie obciążenie zmienia kierunek z każdym krokiem indeksowania
• Nawijarki i kontrola napięcia– napędy szpul, gdzie odwrócenie momentu obrotowego podczas regulacji napięcia działałoby przeciwko dopasowaniu wału opartemu wyłącznie na tarciu
• Specjalistyczne maszyny i sprzęt testowy– niestandardowe mechanizmy, w których geometria sprzęgła sprawia, że wał z wpustem jest praktycznym wyborem instalacyjnym

Bezwładność obciążenia: Jedyny parametr, który warto sprawdzić przed uruchomieniem

Dokumentacja Mitsubishi MELSERVO-J2S zaleca utrzymanie stosunku momentu bezwładności obciążenia do momentu bezwładności silnika na poziomie 15 razy lub mniej dla stabilnej pracy w pętli zamkniętej. W przypadku silnika o średniej bezwładności, takiego jak HC-SFS102K, pozostawia to rozsądny margines dla większości typowych obciążeń mechanicznych – ale warto to obliczyć przed uruchomieniem, szczególnie gdy silnik napędza obciążenie o dużej bezwładności poprzez bezpośrednie sprzęgło 1:1.

Gdy stosunek bezwładności przekracza wytyczne, funkcja automatycznego strojenia w czasie rzeczywistym MR-J2S-100A nadal będzie próbowała się dostosować – ale pasmo przenoszenia i czas stabilizacji ulegną pogorszeniu. Dodanie stopnia redukcji mechanicznej w celu zwiększenia efektywnego stosunku bezwładności jest często bardziej niezawodnym rozwiązaniem niż same regulacje wzmocnienia.

Często zadawane pytania

P1: Jaka jest dokładnie różnica między HC-SFS102K a standardowym HC-SFS102?

Jedyna różnica to konfiguracja wału. HC-SFS102 ma gładki, prosty wał bez wpustu. HC-SFS102K ma wał o tej samej średnicy i długości, ale zawiera wyfrezowany rowek na wpust z klinem. Wszystkie specyfikacje elektryczne – moc, prędkość, moment obrotowy, enkoder, kompatybilność ze wzmacniaczem – są identyczne między tymi dwoma wariantami.

P2: Czy wał z wpustem wpływa na maksymalne dopuszczalne obciążenie promieniowe?

Nie. Dopuszczalne obciążenia promieniowe i osiowe wału są określone przez nośność łożysk i geometrię przekroju wału, które są takie same w obu wariantach, z wpustem i bez. Wpust nie zmniejsza nośności wału w serii MELSERVO HC-SFS. Sprawdź tabelę obciążeń wału w instrukcji obsługi silnika serwo, aby uzyskać konkretne wartości dotyczące wymiarów wału HC-SFS102.

P3: Czy dostępna jest wersja HC-SFS102K z hamulcem?

Tak. HC-SFS102BK oznacza odpowiedni silnik z wałem z wpustem i wbudowanym, bezpiecznym hamulcem elektromagnetycznym. Hamulec jest załączany sprężyną i zwalniany po podaniu napięcia 24 VDC – utrzymuje oś w pozycji po odłączeniu zasilania napędu, co jest konieczne w przypadku osi pionowych i niektórych instalacji krytycznych pod względem bezpieczeństwa. Wariant BK ma większy moment bezwładności i większą wagę ze względu na dodany zespół hamulca.

P4: Czy HC-SFS102K może być używany z nowszymi rodzinami wzmacniaczy Mitsubishi, takimi jak MR-J4?

Seria HC-SFS należy do generacji MR-J2S. Bezpośrednia kompatybilność ze wzmacniaczami MR-J4 nie jest standardowa – interfejs enkodera i protokół komunikacyjny są inne. Mitsubishi oferuje narzędzia konwersji (narzędzia odnowy MR-J2S-B renewal tools), które pozwalają wzmacniaczom MR-J4-B-RJ020 na sterowanie silnikami serii HC przy użyciu istniejącego okablowania, co jest zalecaną ścieżką modernizacji dla zakładów chcących zachować swoje silniki HC, przechodząc na nowszy sprzęt napędowy. Przed próbą połączenia należy potwierdzić wymagania dotyczące wersji oprogramowania z firmą Mitsubishi.

P5: HC-SFS102K jest wymieniony jako wycofany z produkcji – czy jest nadal dostępny?

Mitsubishi wycofało serię MELSERVO-J2S z oficjalnych kanałów produkcyjnych, ale HC-SFS102K pozostaje szeroko dostępny od certyfikowanych dostawców nadwyżek magazynowych i wymiany/regeneracji. Baza zainstalowanych maszyn z ery J2S nadal generuje stałe zapotrzebowanie, więc dostępność jest zazwyczaj niezawodna. Dla zakładów utrzymujących wiele maszyn z tym silnikiem, posiadanie jednego zapasowego egzemplarza zmniejsza ryzyko nieplanowanych przestojów podczas opóźnień w dostawach.