Mitsubishi HC-SFS202K (HCSFS202K) — Serwomotor AC 2kW, wał z wpustem, bez hamulca, seria MELSERVO-J2S

Identyfikacja produktu

Numer części: HC-SFS202K

Szukano również jako: HCSFS202K, HC-SFS-202K

Seria: Mitsubishi MELSERVO HC-SFS (generacja J2-Super)

Typ silnika: Serwomotor AC bezszczotkowy — wał z wpustem, bez hamulca, 2000 obr./min, 200V AC

Platforma: MELSERVO J2S (J2-Super)

Silnik i jego przeznaczenie

Wybierz dwa atrybuty z macierzy wariantów HC-SFS202 — typ wału i obecność hamulca — a otrzymasz silnik skonfigurowany do określonej klasy zastosowań. HC-SFS202K odpowiada z wał z wpustem i bez hamulca: przenoszenie dodatniego momentu obrotowego przez obrobione wpusty, a utrzymanie pozycji w spoczynku za pomocą blokady serwo wzmacniacza, a nie mechanicznego urządzenia z hamulcem sprężynowym.

Ta kombinacja umieszcza ten silnik bezpośrednio w obszarze osi poziomych, napędów sprzężonych z przekładnią, mechanizmów z paskiem zębatym i wszelkich zastosowań, w których ścieżka momentu obrotowego typu wpust-piasta jest preferowana inżynieryjnie, a obciążenie nie wymaga bezpiecznego utrzymania pozycji po wyłączeniu serwa. Przy mocy 2kW, 9,55 Nm ciągłego i 28,6 Nm szczytowego, HC-SFS202K pokrywa główny nurt wymagań dotyczących osi CNC o średniej pojemności i napędów automatyki — wystarczający moment obrotowy do obsługi rzeczywistych obciążeń produkcyjnych, wystarczająco kompaktowy, aby zmieścić się w konstrukcjach maszyn, które zazwyczaj zajmują osie 2kW.

Platforma MELSERVO-J2S z 17-bitowym absolutnym enkoderem szeregowym o rozdzielczości 131 072 pozycji na obrót zapewnia jakość sprzężenia zwrotnego, której potrzebuje wzmacniacz MR-J2S do pracy z pętlami prędkości i pozycji przy wysokiej szerokości pasma. W połączeniu z ulepszonym procesorem wzmacniacza J2-Super, ta rozdzielczość enkodera obsługuje ścisłą regulację prędkości i szybkie tłumienie zakłóceń, których wymagają precyzyjna obróbka i automatyka o wysokiej cykliczności.

Specyfikacje techniczne

Wał z wpustem: Inżynieria niezawodnego interfejsu momentu obrotowego

Tarcie między otworem piasty a średnicą zewnętrzną wału przenosi moment obrotowy na gładkim, prostym wale. Siła docisku musi być wystarczająco wysoka, aby oprzeć się momentowi obrotowemu szczytowemu — 28,6 Nm — w najgorszych warunkach pracy, z jakimi styka się oś. W obsłudze obrabiarek CNC najgorszym warunkiem nie jest stabilne cięcie. Jest to nagłe odwrócenie kierunku przy maksymalnej prędkości posuwu, agresywne hamowanie z maksymalnej prędkości do celu pozycjonowania lub nakazane zatrzymanie awaryjne z maksymalnym prądem. Każde z tych zdarzeń, powtarzane wielokrotnie w ciągu zmiany produkcyjnej, testuje interfejs cierny w sposób, który może z czasem wprowadzić mikropślizg. Mikropślizg jest podstępny: wystarczająco mały, aby nie przekroczyć indywidualnych progów alarmowych, ale wystarczająco duży, aby skumulować błędy wymiarowe w wielu cyklach.

Rowek na wpust w HC-SFS202K zmienia ścieżkę momentu obrotowego. Wpust zazębia się z pasującymi szczelinami w wale i piaście; pod obciążeniem wpust działa na ścinanie i przenosi moment obrotowy mechanicznie, niezależnie od tarcia, które może zapewnić interfejs. Obciążenia odwracające, obciążenia cykliczne, obciążenia udarowe — żaden z nich nie degraduje stopniowo prawidłowo dopasowanego połączenia na wpust w taki sposób, jak może degraduje marginalne mocowanie cierne.

Gdzie wpusty są naturalną specyfikacją:

Koła pasowe napędzane paskiem zębatym, gdzie naprężenie paska i cykliczne siły zazębienia zębów tworzą dokładnie obciążenia odwracające, z którymi wpusty dobrze sobie radzą. Piasty kół zębatych w przekładniach o zmniejszonym przełożeniu, gdzie rejestracja kątowa między wałem a kołem zębatym musi być utrzymana dla prawidłowego zazębienia zębów. Koła łańcuchowe w systemach transportu palet, gdzie obciążenia udarowe od zazębienia łańcucha docierają wielokrotnie w naprzemiennych kierunkach. Precyzyjne konstrukcje sprzęgieł, w których otwór piasty zawiera wewnętrzny rowek na wpust jako część specyfikacji połączenia momentu obrotowego.

Uwaga dotycząca instalacji z instrukcji obsługi serwomotoru Mitsubishi: nasuń piastę sprzęgła na wał za pomocą gwintowanego otworu na końcu wału i śruby ciągnącej — nigdy przez uderzanie lub prasowanie. Przy rozmiarze ramy 176 × 176 mm siły uderzenia podczas montażu piasty przenoszą się przez wał bezpośrednio na tarczę enkodera i zespół łożyska z tyłu silnika. Powstałe uszkodzenie enkodera niekoniecznie powoduje natychmiastowy alarm; ma tendencję do powodowania przerywanych błędów pozycji pod wpływem wibracji, które są naprawdę trudne do prześledzenia do zdarzenia montażu piasty. Metoda śruby ciągnącej zajmuje kilka sekund dłużej i całkowicie temu zapobiega.

Brak hamulca: Kiedy blokada serwo jest właściwą architekturą

Blokada serwo — ciągłe utrzymywanie pozycji w pętli zamkniętej przez wzmacniacz z aktywnym prądem silnika — jest skuteczne i dokładne dla dobrze zdefiniowanej klasy osi. Są to napędy poziome, mechanizmy symetrycznie obciążone i wszelkie zastosowania, w których obciążenie nie wywiera siły netto w kierunku obrotu wału, gdy serwo utrzymuje pozycję. Dla wszystkich z nich hamulec dodałby sprzęt, okablowanie, sekwencjonowanie przekaźników, obciążenie panelu i interwał konserwacji bez żadnego zwrotu funkcjonalnego.

HC-SFS202K to specyfikacja dla tych osi. Usunięcie hamulca nie usuwa niczego, czego aplikacja faktycznie używa, i upraszcza system elektryczny na każdej osi w maszynie, do której się stosuje.

Tam, gdzie obraz się zmienia — suwaki pionowe, ramiona obciążone grawitacją, osie posuwu pochyłe, każdy napęd, w którym obciążenie poruszałoby się po spadku prądu serwo — oś należy do HC-SFS202BK (wał z wpustem z hamulcem sprężynowym). Jest to decyzja inżynieryjna, a nie optymalizacja kosztów. W maszynach z wieloma osiami 2kW, prawidłowe rozróżnienie, które osie wymagają hamulców, a które nie, znacznie upraszcza projekt panelu.

17-bitowy enkoder: Co rozdzielczość zapewnia w praktyce

Ulepszenie enkodera platformy J2-Super z 14-bitowego urządzenia w starszej serii HC-SF do 17 bitów stanowiło ośmiokrotny wzrost rozdzielczości — z 16 384 do 131 072 pozycji na obrót. Przy 2kW i 2000 obr./min, pokazuje się to praktycznie w kilku aspektach.

Estymacja prędkości dla pętli prędkości poprawia się, ponieważ kolejne próbki enkodera reprezentują drobniejsze przyrosty kątowe. Pętla prędkości otrzymuje sygnał prędkości o niższym poziomie szumów, co pozwala na wyższe wzmocnienie proporcjonalne bez niestabilności. Wyższe wzmocnienie oznacza, że wzmacniacz szybciej koryguje zakłócenia prędkości — zmiany siły cięcia, wahania bezwładności i efekty zgodności transmisji, które wypychają oś z jej profilu prędkości, są szybciej i z mniejszym błędem szczątkowym odrzucane.

Przy niskich prędkościach posuwu i podczas hamowania do celu pozycjonowania, drobniejsze przyrosty enkodera oznaczają, że pętla pozycji może wykrywać i korygować mniejsze błędy. Oś osiada się bardziej powtarzalnie w zadanej pozycji, a przebieg prędkości przy niskiej prędkości zawiera mniej tętnień — co ma znaczenie dla wykończenia powierzchni w operacjach konturowania i dla spójności wymiarowej części od części w zastosowaniach pozycjonowania.

Funkcja absolutna zapewnia przechowywanie pozycji po każdym zdarzeniu zasilania. Bateria litowa A6BAT we wzmacniaczu MR-J2S utrzymuje licznik wieloobrotowy podczas okresów wyłączenia zasilania. Każde ponowne uruchomienie — planowane lub nie — przywraca oś do jej ostatniej znanej pozycji. W przypadku maszyn produkcyjnych, które rutynowo przechodzą przez zatrzymania awaryjne, resetowanie alarmów i wyłączenia na koniec zmiany, eliminacja obowiązkowych cykli powrotu do punktu zerowego przynosi wymierne oszczędności czasu w ciągu roku eksploatacji.

Kompatybilne wzmacniacze

HC-SFS202K jest sterowany przez wzmacniacz klasy MR-J2S-200, platformę J2-Super o mocy 2kW. Trzy typy interfejsów pasują do różnych architektur systemowych:

MR-J2S-200A — Interfejs analogowy i impulsowy. Akceptuje impulsy krokowe/kierunkowe i sygnały analogowe ±10V z systemów CNC i PLC. Dostępne tryby sterowania pozycją, prędkością i momentem obrotowym. Konfiguracja przez MR Configurator przez RS-232C.

MR-J2S-200B — Magistrala szeregowa światłowodowa SSCNET. Łączy się z kontrolerami ruchu serii A lub Q firmy Mitsubishi dla skoordynowanych systemów wieloosiowych. Komendy pozycji docierają przez sieć od kontrolera ruchu; dane enkodera wracają przez ten sam łącze światłowodowe.

MR-J2S-200CP — Wbudowane pozycjonowanie. Do 31 pozycji docelowych przechowywanych we wzmacniaczu, aktywowanych sygnałami I/O lub komendą CC-Link. Nadaje się do prostego, samodzielnego pozycjonowania indeksowanego bez dedykowanego kontrolera ruchu.

HC-SFS202K nie jest kompatybilny z oryginalnymi wzmacniaczami MR-J2-200 (pierwszej generacji, przed J2S), które nie potrafią odczytać protokołu 17-bitowego enkodera. W przypadku maszyn z pierwszymi generacjami sprzętu MR-J2, HC-SF202K (generacja J2, 14-bitowy enkoder, ta sama specyfikacja mechaniczna) jest właściwym celem zaopatrzenia.

Pozycja 202K w rodzinie HC-SFS 2000 obr./min

Pojemność 202 oznacza przejście z grupy kołnierzy 130 × 130 mm do grupy 176 × 176 mm — stopa montażowa dzielona z silnikami 3,5kW, 5kW i 7kW z tej rodziny. Maszyna zaprojektowana wokół kołnierza 176 × 176 mm może przyjąć dowolny silnik od 2kW wzwyż bez zmian płyty montażowej, co daje zapas projektowy na przyszłe modernizacje mocy.

Typowe zastosowania

Osi stołu X i Y w centrach obróbczych CNC. Podstawowe poziome osie stołu w centrach obróbczych pionowych i poziomych przenoszą obciążenia obrabianego przedmiotu i mocowania przy stałych prędkościach posuwu skrawania i wysokich prędkościach posuwu szybkiego. Są to osie poziome — nie wymagają hamulca — a wał z wpustem pasuje do precyzyjnych konstrukcji sprzęgieł stosowanych w napędach śrub kulowych o wysokiej sztywności. Ciągły moment obrotowy 9,55 Nm zapewnia moc do ciągłego ciężkiego skrawania bez zbliżania się do granicy termicznej.

Mechanizmy napędzane paskiem zębatym w maszynach wieloosiowych. Drugorzędne osie w centrach obróbczych wielowrzecionowych, maszynach transferowych i urządzeniach do szybkiego montażu, które wykorzystują paski zębate między serwomotorem a napędzanym mechanizmem, wymagają kół pasowych po stronie silnika z wpustem. Cykliczne naprężenia paska tworzą dokładnie takie odwrócenia obciążenia kierunkowego, z którymi wpusty radzą sobie lepiej niż konstrukcje z mocowaniem tylko na tarcie.

Osie obrotowe napędzane serwomechanizmem i napędy sprzężone z przekładnią. Napędy stołów obrotowych 4. osi wykorzystujące przekładnie zębate proste lub skośne między serwomotorem a wejściem stołu wymagają piasty zębatej po stronie silnika dla pozytywnego wyrównania zazębienia. 17-bitowy enkoder zapewnia rozdzielczość kątową wymaganą przez precyzyjne indeksowanie obróbki wielopowierzchniowej, a szczytowy moment obrotowy 28,6 Nm obsługuje wymagania bezwładnościowe szybkiego indeksowania stołu.

Szybkie osie pakujące i etykietujące. Osi podawania, odciągania folii i korekcji rejestracji napędzane paskiem zębatym na liniach pakujących wykorzystują serwomotory z kołami pasowymi z wpustem i korzystają z szybkiej reakcji i wysokiej szerokości pasma platformy J2-Super. Stopień ochrony IP65 zapewnia odporność na warunki mycia i zapylenia powszechne w środowiskach pakowania żywności i farmaceutyków.

Poziome przenośniki i napędy serwo transferowe. Serwosterowane przenośniki transferowe, stacje indeksowania obrotowego i systemy akumulacji części wykorzystują serwonapędy o średniej pojemności na osiach poziomych, gdzie blokada serwo zapewnia wystarczające utrzymanie pozycji spoczynkowej, a wał z wpustem pasuje do interfejsu napędu koła łańcuchowego lub sprzęgła.

Często zadawane pytania

P1: Które wzmacniacze są kompatybilne z HC-SFS202K?

HC-SFS202K wymaga wzmacniacza klasy MR-J2S-200 z platformy MELSERVO-J2S (J2-Super). Trzy standardowe warianty to MR-J2S-200A (analogowy/impulsowy), MR-J2S-200B (magistrala światłowodowa SSCNET dla kontrolerów ruchu) i MR-J2S-200CP (wbudowane pozycjonowanie). Wszystkie obsługują 17-bitowy enkoder szeregowy i znamionowy prąd silnika 11A. Ten silnik nie jest kompatybilny z wzmacniaczami pierwszej generacji MR-J2-200 ani z wzmacniaczami MR-J3 / MR-J4.

P2: Jaka jest różnica między HC-SFS202K a HC-SFS202BK?

Identyczne pod względem specyfikacji elektrycznych i mechanicznych — ten sam 2kW, 9,55 Nm, 28,6 Nm szczytowy, 17-bitowy enkoder, wał z wpustem, kołnierz 176 × 176 mm, ta sama klasa wzmacniacza. HC-SFS202BK dodaje sprężynowy hamulec elektromagnetyczny; HC-SFS202K nie ma. Wybierz wariant bez hamulca dla osi poziomych, gdzie blokada serwo zapewnia wystarczające utrzymanie pozycji we wszystkich warunkach zatrzymania. Wybierz wariant BK dla osi pionowych lub wszelkich zastosowań, gdzie obciążenie musi być mechanicznie utrzymywane po odłączeniu zasilania serwo.

P3: Jaka jest różnica między HC-SFS202K a HC-SFS202 (wał prosty)?

Mechanicznie i elektrycznie identyczne — ta sama moc 2kW, te same wartości momentu obrotowego, ten sam enkoder, ten sam kołnierz, te same wymagania dotyczące wzmacniacza. Jedyna różnica to wał: HC-SFS202 ma gładki, prosty wał do sprzęgieł zaciskowych ciernych; HC-SFS202K ma obrobiony rowek na wpust do pozytywnego przenoszenia momentu obrotowego typu wpust-piasta. Wybór powinien opierać się wyłącznie na konstrukcji sprzęgła napędzanego mechanizmu.

P4: Czy HC-SFS202K może zastąpić HC-SFS202K pierwszej generacji w maszynie ze wzmacniaczami MR-J2-200?

Nie bezpośrednio. HC-SFS202K wykorzystuje 17-bitowy enkoder J2S, którego wzmacniacze MR-J2-200 nie potrafią odczytać — podłączenie tego silnika do wzmacniacza MR-J2 pierwszej generacji spowoduje błąd enkodera. W przypadku maszyn z oryginalnymi wzmacniaczami MR-J2-200, należy zamówić HC-SF202K (generacja J2, 14-bitowy enkoder) jako zamiennik typu "jeden do jednego". Jeśli wzmacniacze to MR-J2S-200, zarówno HC-SF202K, jak i HC-SFS202K są kompatybilne — HC-SFS202K oferuje wyższą rozdzielczość enkodera.

P5: Czy do HC-SFS202K dołączony jest wpust?

Standardową praktyką dla silników HC-SFS z wałem z wpustem firmy Mitsubishi jest dostarczanie rowka na wpust obrobionego na wale bez dołączonego wpustu w opakowaniu silnika. Przed zamówieniem wpustu należy sprawdzić wymiary rowka na wpust w instrukcji obsługi serwomotoru serii HC-SFS202 i wybrać wpust o odpowiedniej szerokości, wysokości, długości i tolerancji dla konstrukcji otworu piasty oraz warunków obciążenia momentem obrotowym i udarowego w zastosowaniu.