Mitsubishi Servo silnik HC-SF352 HCSF352

Mitsubishi HC-SF352 (HCSF352) — 3,5kW silnik serwo AC, prosty wał, bez hamulca, 2000 obr./min, seria MELSERVO J2

Przegląd produktu

Numer części: HC-SF352

Szukane również jako: HCSF352, HC SF 352, HC-SF-352

Seria: Mitsubishi MELSERVO HC-SF (generacja J2)

Klasyfikacja: Silnik serwo AC bezszczotkowy o średniej bezwładności — 3,5 kW, klasa 200V, 2000 obr./min, prosty wał, bez hamulca

Umieszczenie HC-SF352 w kontekście

Zanim przejdziemy do specyfikacji, warto jasno zaznaczyć jedną różnicę, która bezpośrednio wpływa na dobór wzmacniacza.

Urządzenie HC-SF352 należy do platformy J2 (pierwsza generacja MELSERVO), a nie J2-Super. Jego enkoder ma 14 bitów — 16 384 pozycji na obrót — i jest kompatybilny zarówno z oryginalnym MR-J2-350, jak i nowszym MR-J2S-350 wzmacniaczem.

Odpowiednikiem J2-Super jest HC-SFS352, który posiada enkoder 17-bitowy i wymaga wyłącznie wzmacniacza MR-J2S.

Ta różnica ma znaczenie w dwóch praktycznych sytuacjach. Po pierwsze, przy pozyskiwaniu zamiennika dla istniejącej maszyny: wiedza, na jakiej generacji została zaprojektowana maszyna, określa, który silnik jest odpowiedni.

Wzmacniacz MR-J2-350 poprawnie obsłuży HC-SF352; nie zaakceptuje protokołu 17-bitowego HC-SFS352.

Po drugie, przy ocenie, czy dany używany lub nadwyżkowy silnik jest odpowiedni: HC-SF352 i HC-SFS352 są fizycznie wymienne — ta sama kołnierz, te same wymiary wału — ale elektrycznie obsługują różne generacje wzmacniaczy.

Po wyjaśnieniu tego: HC-SF352 to silnik serwo o mocy 3,5 kW, prędkości 2000 obr./min, średniej bezwładności, o znamionowym momencie obrotowym 16,7 Nm w trybie ciągłym i 50,1 Nm w szczycie, na kołnierzu 176 × 176 mm z ochroną IP65 i prostym wałem bez hamulca elektromagnetycznego.

Specyfikacje techniczne

3,5 kW przy 2000 obr./min: Opowieść o momencie obrotowym

Szesnaście i siedem dziesiątych niutonometra momentu obrotowego w trybie ciągłym. Przy 2000 obr./min jest to znaczna, stała zdolność siłowa dla przemysłowych osi serwo — wystarczająca do napędzania ciężkich stołów z kulowymi śrubami w dużych centrach obróbczych CNC, utrzymywania stałego napięcia w przemysłowych nawijarkach obsługujących ciężkie podłoża, zasilania wału wejściowego przekładni ślimakowej ciężkiego dzielnika obrotowego lub utrzymywania siły posuwu w prasie lub maszynie do formowania napędzanej serwo przez cały cykl produkcyjny.

Szczytowy moment obrotowy 50,1 Nm — trzykrotność wartości znamionowej w trybie ciągłym — wchodzi do gry podczas faz przyspieszania i hamowania cykli pozycjonowania.

Dla ciężkiej osi wykonującej szybkie ruchy punkt-punkt, moment szczytowy agresywnie napędza rampę prędkości, spędzając fazę przyspieszania znacznie powyżej momentu znamionowego, jednocześnie utrzymując budżet termiczny, ponieważ te przejściowe obciążenia są krótkie w porównaniu do fazy ustalonej prędkości. 

Ten stosunek szczytu do ciągłości 3:1 jest normą dla generacji J2 w całej rodzinie HC-SF 2000 obr./min i pozwala silnikowi o danym momencie obrotowym w trybie ciągłym na wykonywanie szybkich cykli pozycjonowania bez nadmiernego wymiarowania w stosunku do wymaganego obciążenia stałego.

Jedna uwaga dotycząca wymiarowania, którą warto jasno zaznaczyć: w przypadku osi pionowych z niezrównoważonymi obciążeniami, dokumentacja Mitsubishi konsekwentnie zaleca, aby składowa momentu grawitacyjnego w trybie ciągłym wynosiła 70% lub mniej momentu obrotowego znamionowego w trybie ciągłym.

Przy 16,7 Nm znamionowych, ten limit wynosi około 11,7 Nm obciążenia grawitacyjnego w trybie ciągłym. Osie zbliżające się do tej wartości lub ją przekraczające wymagają przeciwwagi lub silnika o wyższym momencie obrotowym w trybie ciągłym.

HC-SF vs HC-SFS: Kwestia 14 bitów

Najważniejszą rzeczą, którą należy poprawnie dobrać przy zakupie lub wymianie HC-SF352, jest generacja enkodera, a sprowadza się to do jednego praktycznego pytania: jaki wzmacniacz jest zainstalowany w maszynie?

HC-SF352 (14-bitowy, 16 384 ppr) — Kompatybilny z MR-J2-350 (pierwsza generacja) i MR-J2S-350 (J2-Super).

Ten silnik działa z obiema generacjami, ponieważ Mitsubishi zaprojektowało wzmacniacze J2-Super tak, aby pozostały wstecznie kompatybilne z silnikami generacji J2.

HC-SFS352 (17-bitowy, 131 072 ppr) — Tylko J2-Super. Ten silnik wymaga wzmacniacza MR-J2S-350 i nie będzie komunikował się z oryginalnym wzmacniaczem MR-J2-350.

Konsekwencja dla pozyskiwania zamienników: maszyna z wzmacniaczem MR-J2-350 wymaga HC-SF352, a nie HC-SFS352.

Instalacja wariantu SFS na wzmacniaczu MR-J2-350 spowoduje błąd komunikacji enkodera przy uruchomieniu.

Z drugiej strony, jeśli maszyna jest już wyposażona we wzmacniacz MR-J2S-350, oba silniki będą działać — ale HC-SFS352 zapewnia wyższą rozdzielczość enkodera (131 072 vs 16 384 ppr) i jest preferowanym wyborem dla maszyn, w których dokładność pozycjonowania korzysta z dokładniejszego sprzężenia zwrotnego.

Wymiary mechaniczne obu silników są identyczne: ten sam kołnierz 176 × 176 mm, ta sama średnica wału, ten sam interfejs montażowy. Wybór jest całkowicie determinowany przez generację wzmacniacza w maszynie.

Prosty wał: Projekt sprzęgła przy 3,5 kW

Prosty wał bez wpustu jest standardowym punktem wyjścia do projektowania sprzęgieł silników serwo, a przy 3,5 kW i szczytowym momencie obrotowym 50,1 Nm, wybór sprzęgła wymaga świadomej uwagi.

Krytyczną wartością dla wyboru sprzęgła jest moment szczytowy, a nie moment znamionowy w trybie ciągłym. Sprzęgło lub piasta o rozmiarze dopasowanym do wartości znamionowej 16,7 Nm będzie zbyt mała podczas każdego cyklu przyspieszania, który zbliża się do momentu szczytowego.

Standardową praktyką przy tej mocy jest używanie momentu szczytowego jako podstawy do wymiarowania, a następnie stosowanie odpowiedniego współczynnika bezpieczeństwa — zazwyczaj 1,5 do 2× dla zastosowań z obciążeniami bezwładnościowymi i umiarkowanymi wstrząsami, wyższego dla zastosowań ze znacznymi wstrząsami mechanicznymi od zazębienia kół zębatych lub łańcuchów.

Przy 50,1 Nm szczytowego momentu obrotowego i współczynniku bezpieczeństwa 2×, docelowy wybór sprzęgła to 100 Nm lub więcej.

Jest to w zasięgu standardowych przemysłowych produktów sprzęgieł serwo — sprzęgła mieszkowe, sprzęgła tarczowe i sprzęgła szczękowe o mocy znamionowej dla tego zakresu momentu obrotowego są pozycjami katalogowymi od głównych producentów sprzęgieł. 

Średnica wału silnika o ramie 176 × 176 mm jest większa niż w przypadku silników kompaktowych, co oznacza większą nośność otworu dla standardowych konstrukcji piast i ogólnie niższe naprężenia na styku wał-piasta.

W przypadku zastosowań, w których napędzany element — koło zębate, koło pasowe lub koło pasowe — wymaga otworu z wpustem, HC-SF352K (wał z wpustem, bez hamulca) używa tego samego wzmacniacza i zapewnia identyczną wydajność elektryczną. Oba warianty są wymienne z perspektywy wzmacniacza.

Przypomnienie o montażu piasty w tym rozmiarze ramy. Gwintowany otwór na końcu wału w silnikach 176 × 176 mm służy do konkretnego celu: użyj śruby ściągającej, aby wciągnąć piastę sprzęgła osiowo na wał, zamiast wciskać lub wbijać ją.

Obciążenia udarowe osiowe podczas montażu piasty przechodzą przez wał do tarczy enkodera i tylnego łożyska, a wynikające z tego uszkodzenia — zazwyczaj subtelne zużycie łożyska enkodera — pojawiają się tygodnie później jako przerywane błędy enkodera pod wpływem wibracji, a nie natychmiast. Użycie metody śruby ściągającej zajmuje chwilę dłużej i całkowicie zapobiega problemowi.

Brak hamulca: Ocena zastosowania

HC-SF352 nie posiada hamulca elektromagnetycznego. W spoczynku pozycja osi jest utrzymywana przez blokadę serwo wzmacniacza — pętla pozycyjna pozostaje aktywna, sprzężenie zwrotne enkodera stale monitoruje kąt wału, a wzmacniacz dostarcza prąd potrzebny do utrzymania zerowego błędu śledzenia.

Dla osi poziomych i zrównoważonych mechanizmów jest to niezawodne, dokładne i praktycznie bezobsługowe.

Nie ma przekaźnika do kontroli, tarczy hamulcowej do pomiaru zużycia, obwodu 24V do konserwacji ani sekwencji blokady MBR dodającej logikę do programu PLC. W maszynie, w której większość osi serwo jest pozioma, konfiguracja bez hamulca jest czystym wyborem.

Sytuacja zmienia się, gdy oś ma składową obciążenia grawitacyjnego.

Zakres mocy 3,5 kW jest powszechny w osiach Z dużych centrów obróbczych CNC, pionowo poruszających się bram, mechanizmów podnoszących napędzanych serwo i pochylonych napędów posuwowych — wszystkie zastosowania, w których obciążenie ma wagę działającą w kierunku obrotu wału, gdy prąd serwo spada do zera. W takich przypadkach hamulec mechaniczny nie jest opcjonalny. 

Urządzenie HC-SF352B (prosty wał, hamulec sprężynowy) lub HC-SF352BK (wał z wpustem, hamulec) są właściwym wyborem.

Jeśli pytanie dotyczące danej osi jest niejasne — „czy ta oś jest wystarczająco pozioma, aby blokada serwo była wystarczająca?” — konserwatywną i poprawną odpowiedzią jest specyfikacja hamulca. Usunięcie niepotrzebnego hamulca wiąże się z pewną prostotą mechaniczną; pominięcie potrzebnego hamulca na osi pionowej obciążonej grawitacyjnie stwarza zagrożenie.

Kompatybilne wzmacniacze

HC-SF352 jest kompatybilny z MR-J2-350 wzmacniaczem pierwszej generacji i pełną gamą MR-J2S-350 wzmacniaczy J2-Super.

MR-J2-350A — Interfejs ogólnego przeznaczenia pierwszej generacji. Wejścia impulsowe i analogowe. Sterowanie pozycją, prędkością i momentem obrotowym.

Oryginalny, sparowany wzmacniacz dla maszyn zbudowanych wokół HC-SF352 w erze platformy J2. Nadal w użyciu w wielu starszych obrabiarkach.

MR-J2S-350A — Interfejs ogólnego przeznaczenia J2-Super. Komendy impulsowe i analogowe, wszystkie tryby sterowania, RS-232C dla MR Configurator.

Preferowany wzmacniacz do nowych instalacji z HC-SF352, oferujący automatyczne strojenie w czasie rzeczywistym, adaptacyjne tłumienie drgań i ulepszoną wydajność serwo w porównaniu do MR-J2 pierwszej generacji.

MR-J2S-350B — Interfejs magistrali SSCNET J2-Super. Łączy się z kontrolerami ruchu serii A i Q firmy Mitsubishi za pomocą szeregowego łącza światłowodowego SSCNET. Wszystkie komendy osi i sprzężenie zwrotne przesyłane są przez sieć. Wymagany do skoordynowanego ruchu wieloosiowego pod kontrolerem ruchu Mitsubishi.

MR-J2S-350CP — J2-Super z wbudowanym pozycjonowaniem. Do 31 pozycji w tabeli punktów, aktywowanych przez I/O lub komendę CC-Link. Samodzielne pozycjonowanie krokowe bez oddzielnego kontrolera ruchu.

HC-SF352 jest niekompatybilny ze wzmacniaczami MR-J3 lub MR-J4 bez zestawu adaptera odnowienia.

W przypadku maszyn modernizowanych do późniejszych generacji platform serwo Mitsubishi, zarówno silnik, jak i wzmacniacz wymagają wymiany jako dopasowany zestaw.

Rodzina HC-SF 2000 obr./min — Perspektywa wydajności

HC-SF352 jest środkowym punktem zakresu 176 × 176 mm — powyżej HC-SF202 (2kW) i poniżej HC-SF502 (5kW). Maszyny zaprojektowane wokół tego kołnierza mogą pomieścić wszystkie trzy bez żadnych modyfikacji mechanicznych. Skok momentu obrotowego z HC-SF202 (9,55 Nm) do HC-SF352 (16,7 Nm) wynosi około 75% — znaczący zapas, jeśli oś pracuje blisko limitu jednostki 2kW w warunkach stałej produkcji.

Każdy model z rodziny HC-SF 2000 obr./min jest dostępny w czterech wariantach wału i hamulca: prosty wał (bez sufiksu), prosty wał z hamulcem (B), wał z wpustem (K) i wał z wpustem z hamulcem (BK). Dobór wzmacniacza jest taki sam w każdej grupie pojemności, niezależnie od konfiguracji wału lub hamulca.

Typowe zastosowania

Osi posuwu w centrach obróbczych CNC. Podstawowe osie posuwu X, Y i Z w centrach obróbczych poziomych i pionowych obsługujących średnie i duże masy stołu.

Moment obrotowy 16,7 Nm w trybie ciągłym utrzymuje ciężkie obciążenia stołu przy produkcyjnych prędkościach posuwu bez wprowadzania silnika w obszar przeciążenia; moment szczytowy 50,1 Nm efektywnie zarządza przyspieszaniem przy szybkim ruchu.

Maszyny do cięcia i frezowania wielkoformatowego. Osi bramowe napędzane serwo na stołach do cięcia plazmowego, systemy pozycjonowania strumieniem wody i frezarki wielkoformatowe, gdzie masa bramy i wymagana prędkość ruchu razem wymagają 3,5 kW przy tej kombinacji prędkości i momentu obrotowego.

Sprzęgło z prostym wałem do napędów pasowych lub zębatkowych.

Przemysłowe napędy nawijania i odwijania. Stacje nawijania z kontrolą napięcia na liniach do przetwarzania papieru, folii i blachy, gdzie silnik pracuje w trybie kontroli momentu obrotowego, aby utrzymać stałe napięcie wstęgi w miarę zmiany średnicy rolki.

Moment obrotowy 16,7 Nm w trybie ciągłym przy 2000 obr./min pokrywa wymagania średnich stacji nawijania z odpowiednim zapasem momentu obrotowego w całym zakresie roboczej średnicy rolki.

Osi posuwu w prasach i maszynach do tłoczenia napędzanych serwo. Osi posuwu materiału w prasach z matrycami progresywnymi, prostowarkach-podajnikach taśmy i prasach do cięcia precyzyjnego, gdzie wymagane jest dokładne, szybkie podawanie pod znaczną siłą posuwu przy każdym skoku prasy.

Szczytowy moment obrotowy 50,1 Nm obsługuje przejściowe obciążenie siłowe na początku każdego skoku posuwu.

Napędy obrotowych dzielników i linii transferowych. Napędy obrotowych stołów dzielących z przekładnią i osie transferowe napędzane serwo na liniach montażowych i obróbczych.

Moc 3,5 kW obsługuje mechanizmy dzielące o średniej masie z dobrą wydajnością przyspieszania; enkoder 14-bitowy, choć o niższej rozdzielczości niż jednostki J2-Super, jest wystarczający dla większości wymagań dokładności pozycjonowania.

Często zadawane pytania

P1: Czy HC-SF352 może być używany ze wzmacniaczem MR-J2S-350, czy wymaga starszego MR-J2-350?

HC-SF352 działa z obiema generacjami. Mitsubishi zaprojektowało wzmacniacze J2-Super (MR-J2S) tak, aby zachować wsteczną kompatybilność z silnikami generacji J2.

14-bitowy enkoder HC-SF352 jest w pełni obsługiwany przez MR-J2S-350A, B i CP. W rzeczywistości, sparowanie HC-SF352 ze wzmacniaczem MR-J2S-350 jest generalnie preferowane niż użycie starszego MR-J2-350, ponieważ wzmacniacz J2-Super zapewnia lepsze automatyczne strojenie, adaptacyjne tłumienie drgań i ulepszoną ogólną wydajność serwo.

P2: Jaka jest różnica między HC-SF352 a HC-SFS352?

Mechanicznie są identyczne — ten sam kołnierz 176 × 176 mm, ta sama średnica wału, te same wymiary montażowe, ten sam stopień ochrony IP65. Różnica polega na generacji enkodera. HC-SF352 ma enkoder 14-bitowy (16 384 ppr) i jest kompatybilny zarówno ze wzmacniaczami MR-J2, jak i MR-J2S.

Urządzenie HC-SFS352 ma enkoder 17-bitowy (131 072 ppr) i wymaga tylko wzmacniacza MR-J2S.

Jeśli maszyna jest wyposażona w oryginalny wzmacniacz pierwszej generacji MR-J2-350, zadziała tylko HC-SF352. Jeśli maszyna jest wyposażona w MR-J2S-350, oba silniki są mechanicznie kompatybilne, ale HC-SFS352 zapewnia około 8× lepszą rozdzielczość enkodera.

P3: Jak 16,7 Nm momentu obrotowego w trybie ciągłym odnosi się do projektowania osi z kulowymi śrubami?

Dla praktycznego odniesienia: kulowa śruba o skoku 10 mm o rozsądnej sprawności (90%) napędzana momentem obrotowym silnika 16,7 Nm w trybie ciągłym może utrzymać około 9,4 kN siły posuwu osiowego na stole.

To pokrywa większość osi stołu średnich i dużych centrów obróbczych przy normalnych prędkościach skrawania. Moment szczytowy 50,1 Nm przekłada się na około 28,2 kN szczytowej siły osiowej podczas przyspieszania przy szybkim ruchu.

Są to wartości rzędu wielkości — rzeczywiste wartości zależą od skoku śruby, sprawności, obciążenia wstępnego i tarcia — ale dają użyteczne pojęcie o tym, co oznacza 16,7 Nm w trybie ciągłym na najczęstszym mechanizmie osi serwo.

P4: Gdzie znajduje się bateria zapasowa enkodera absolutnego w systemie wykorzystującym HC-SF352?

14-bitowy enkoder w HC-SF352 obsługuje tryb absolutny. Bateria zapasowa — zazwyczaj litowa typu MR-BAT — znajduje się we wzmacniaczu serwo, a nie w silniku. W MR-J2S-350, uchwyt baterii jest dostępny z przodu wzmacniacza.

Wymień ją, gdy wzmacniacz wyświetli alarm niskiego poziomu baterii. Całkowite rozładowanie baterii resetuje licznik absolutny i wymaga cyklu powrotu do punktu odniesienia, zanim oś będzie mogła wznowić produkcję.

P5: Czy HC-SF352 jest nadal dostępny i jaki jest jego zamiennik obecnej generacji?

HC-SF352 jest wycofany z produkcji, ale pozostaje dostępny jako zapas używany i odnowiony u dostawców części automatyki przemysłowej. W przypadku maszyn z wzmacniaczami MR-J2 lub MR-J2S, zapasowe jednostki HC-SF352 są prostą ścieżką wymiany.

W przypadku nowych projektów maszyn lub modernizacji platform, obecnym odpowiednikiem jest HG-SR352 (seria MR-J4, 3,5 kW, 2000 obr./min, enkoder 22-bitowy, kołnierz 176 × 176 mm, IP67), który wymaga wzmacniacza MR-J4-350. Modernizacja z HC-SF352 do HG-SR352 wymaga wymiany zarówno silnika, jak i wzmacniacza jednocześnie.