Mitsubishi HC-SFS502BK (HCSFS502BK) — 5kW AC Serwo Silnik, Wał z wpustem + Hamulec, Seria MELSERVO-J2S

Identyfikacja produktu

Numer części: HC-SFS502BK

Szukano również jako: HCSFS502BK, HC-SFS-502BK

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

Typ silnika: Bezszczotkowy silnik serwo AC — Wał z wpustem i hamulcem elektromagnetycznym, 2000 obr./min

Stan: Nowy w pudełku, fabrycznie zapieczętowany

Zaprojektowany do osi, które nie mogą sobie pozwolić na poślizg lub dryf

Dwie wymagania precyzyjnie definiują HC-SFS502BK: napędzany mechanizm, który potrzebuje połączenia momentu obrotowego za pomocą klina i piasty, oraz konstrukcja osi, która wymaga mechanicznego blokowania awaryjnego po odłączeniu zasilania serwo. Przy mocy 5kW, 23,9 Nm ciągłego i 71,6 Nm szczytowego, ten silnik znajduje się na poziomie wydajności, gdzie oba te wymagania mają realną wagę inżynieryjną — gdzie poślizg sprzęgła nie jest możliwą do naprawienia niedogodnością, ale błędem zatrzymującym produkcję, a oś bez hamulca tracąca kontrolę serwo pod obciążeniem stanowi realne zagrożenie bezpieczeństwa.

Wał z wpustem i hamulec elektromagnetyczny uruchamiany sprężyną są niezależnymi rozwiązaniami niezależnych problemów. Rowek na wpust rozwiązuje problem interfejsu przenoszenia momentu obrotowego: zapewnia bezpośrednie, niezależne od tarcia połączenie mechaniczne między wałem silnika a elementem napędzanym, odporne na mikropoślizgi, które mogą pojawić się w interfejsach zaciskowych opartych wyłącznie na tarciu pod wpływem cyklicznych, odwracających obciążeń podczas pracy osi serwo w produkcji. Hamulec rozwiązuje problem tego, co dzieje się, gdy serwo jest celowo lub nieoczekiwanie odłączone od zasilania: sprężyna angażuje się natychmiast, wał jest blokowany mechanicznie, a oś nie porusza się niezależnie od tego, co dzieje się w systemie sterowania.

Na platformie MELSERVO-J2S, HC-SFS502BK dodaje pełną funkcjonalność J2-Super do tej specyfikacji mechanicznej: enkoder absolutny szeregowy 17-bitowy z 131 072 pozycjami na obrót, kompatybilność ze wzmacniaczami MR-J2S-500 oraz wysokopasmową wydajność w pętli zamkniętej, którą umożliwia ulepszona architektura procesora generacji J2-Super. Nowy w pudełku, fabrycznie zapieczętowany, w magazynie.

Specyfikacje techniczne

Wał z wpustem: Pozytywne przenoszenie momentu obrotowego przy 5kW

Przy 23,9 Nm ciągłego i 71,6 Nm szczytowego, wymagania mechaniczne interfejsu wał-piasta nie są trywialne. Wartość szczytowa to obciążenie projektowe — 71,6 Nm to moment, który sprzęgło musi przenieść bez względnego ruchu między wałem a piastą w najgorszych warunkach pracy, z jakimi styka się oś. Na osi serwo, ten warunek to zazwyczaj przyspieszenie z maksymalną prędkością, natychmiast po którym następuje gwałtowne odwrócenie kierunku, lub szybkie hamowanie z pełnej prędkości szybkiego ruchu do nagłego zatrzymania. Żaden z tych przypadków nie jest niezwykły w obsłudze obrabiarek CNC; oba zdarzają się wielokrotnie w ciągu zmiany produkcyjnej.

Na zwykłym prostym wale, piasta przenosi moment obrotowy poprzez tarcie. Siła docisku między otworem piasty a średnicą zewnętrzną wału musi być wystarczająca, aby zapobiec poślizgowi przy 71,6 Nm, a siła ta zależy od tolerancji otworu piasty, wykończenia powierzchni wału, momentu dokręcenia śrub mocujących i braku zanieczyszczeń na styku. Każdy z tych czynników może ulec pogorszeniu z czasem w środowisku produkcyjnym. Marginalne zaciskanie, które obsługuje pierwszy rok eksploatacji bez incydentów, może wykazywać mikropoślizgi w drugim roku, po tym, jak wibracyjne wycieranie lekko zmodyfikowało powierzchnię wału lub wstępne naprężenie mocowania osłabło.

Rowek na wpust zmienia podstawowy mechanizm. Moment obrotowy przepływa przez przekrój ścinający wpustu — bezpośrednia ścieżka mechaniczna, która nie pogarsza się wraz ze zmianami stanu powierzchni, nie osłabia się pod wpływem wibracji i nie zależy od jakości żadnego interfejsu ciernego. Pod wpływem odwracających i udarowych obciążeń podczas pracy osi serwo, prawidłowo dopasowane połączenie na wpust jest z natury bardziej niezawodne przez długi okres eksploatacji niż interfejs zaciskowy cierny o tym samym poziomie wydajności.

Gdzie wpusty są zasadniczo obowiązkowe przy 5kW:

Napędy stołów obrotowych z przekładnią ślimakową, gdzie piasta zębata po stronie silnika jest otworem na wpust, a wał silnika musi do niego pasować. Koła pasowe napędu paskiem zębatym na dużych osiach śrub kulowych, gdzie powtarzające się odwracanie naprężenia paska spowodowałoby obrót piasty zaciskanej ciernie. Napędy kół zębatych na systemach transportu palet, gdzie udary związane z zazębieniem łańcucha są cykliczne i asymetryczne kierunkowo. Interfejsy napędu sprzęgła mechanicznego, gdzie pozycyjne rejestrowanie kątowe między wałem a elementem napędzanym jest częścią zasady działania mechanizmu.

Instalacja: zamontuj piastę sprzęgła za pomocą gwintowanego otworu na końcu wału i śruby ściągającej — nigdy przez uderzenie. Przy masie tego silnika i przekroju wału, wszelkie uderzenia osiowe podczas montażu piasty przenoszą się bezpośrednio na tarczę enkodera z tyłu silnika. Powstałe uszkodzenie rzadko powoduje natychmiastową awarię; ma tendencję do powodowania sporadycznych alarmów enkodera miesiące po instalacji, pod wpływem wibracji, bez oczywistego związku z pierwotnym zdarzeniem instalacyjnym.

Hamulec elektromagnetyczny: Blokada awaryjna w tej skali

Hamulce uruchamiane sprężyną stają się bardziej znaczące wraz ze wzrostem mocy silnika, ponieważ nośność obciążenia rośnie proporcjonalnie. Przy 5kW napędzającym dużą kolumnę VMC Z, załadowany wózek paletowy lub ciężki mechanizm stołu obrotowego, energia zgromadzona w osi w spoczynku — potencjał grawitacyjny lub wstępne naprężenie mechaniczne — stanowi realne zagrożenie, jeśli oś poruszy się nieoczekiwanie, gdy prąd serwo spadnie do zera.

Hamulec HC-SFS502BK jest mechanicznie prosty: sprężyna dociska tarczę cierną do płyty hamulcowej, gdy napięcie 24V DC jest nieobecne, a cewka trzyma ją z dala, gdy napięcie 24V jest obecne. Sprężyna angażuje się po odłączeniu zasilania, niezależnie od tego, czy odłączenie jest zaplanowane, niezaplanowane, stopniowe czy natychmiastowe. W samym mechanizmie hamulca nie ma logiki sterowania. Nie jest wymagane żadne polecenie programowe do jego aktywacji. Żadna ścieżka sygnału między sterownikiem a hamulcem nie może ulec awarii w sposób uniemożliwiający załączenie. Domyślny stan hamulca — gdy zasilanie jest nieobecne — jest zawsze zablokowany.

Przy 5kW i masach obciążenia, które towarzyszą osiom tej klasy, ta domyślnie zablokowana charakterystyka ma znaczenie. Napęd kolumny Z o mocy 5kW, który traci kontrolę serwo i nie ma hamulca, będzie podążał za grawitacją, dopóki tarcie go nie zatrzyma. Odległość, jaką pokona przed zatrzymaniem, nie jest nieistotna, a obrabiany przedmiot, narzędzia i mocowania poniżej kolumny znajdują się na tej ścieżce. Ta sama kolumna z zamontowanym HC-SFS502BK zatrzymuje się w miejscu w momencie odłączenia napięcia 24V DC — z założenia podczas sekwencji wyłączania, przez wyłączenie przekaźnika przy zatrzymaniu awaryjnym, lub automatycznie przy utracie zasilania.

Trzy wymagania instalacyjne na tym poziomie wydajności:

Zawsze używaj wyjścia MBR (blokada hamulca elektromagnetycznego) wzmacniacza MR-J2S do sterowania przekaźnikiem hamulca. Sygnał MBR synchronizuje załączenie hamulca tak, aby nastąpiło po tym, jak wzmacniacz potwierdzi, że silnik zwolnił do zatrzymania. Załączenie sprężyny na obracającym się wale silnika 5kW generuje znaczący wstrząs mechaniczny, który uszkadza powierzchnie cierne hamulca i skraca oczekiwaną żywotność hamulca z lat do ułamka tego w ekstremalnych przypadkach.

Zamontuj tłumik przepięć bezpośrednio na zaciskach cewki hamulca — nie na przekaźniku, nie w połowie kabla, ale na cewce. Impuls indukcyjny generowany przy wyłączaniu napięcia 24V DC z nieekranowanej cewki o tej mocy jest wystarczający do uszkodzenia styków przekaźnika i cyfrowych obwodów wyjściowych. Tłumik musi być umieszczony blisko cewki, aby był skuteczny.

Dla osi pionowych i obciążonych grawitacyjnie, udokumentowane wytyczne Mitsubishi umieszczają zalecaną maksymalną statyczną moment obrotowy niezrównoważony na poziomie poniżej 70% znamionowego momentu obrotowego silnika — około 16,7 Nm dla tego silnika. Konstrukcje osi z wyższym niezrównoważonym momentem grawitacyjnym na wale silnika powinny zawierać mechaniczne przeciwwagi, aby uzupełnić system serwo i hamulcowy, zamiast polegać wyłącznie na nich.

Enkoder 17-bitowy: Rozdzielczość J2-Super w obudowie 5kW

Przejście z HC-SF502BK (generacja J2, 14-bitowy, 16 384 ppr) do HC-SFS502BK (generacja J2S, 17-bitowy, 131 072 ppr) to ośmiokrotny wzrost rozdzielczości enkodera na identycznym sprzęcie. Przy 5kW i 2000 obr./min, efekty są praktyczne, a nie teoretyczne.

Dokładność estymacji prędkości poprawia się proporcjonalnie do rozdzielczości. Wzmacniacz MR-J2S wyznacza prędkość z kolejnych próbek pozycji enkodera w stałym interwale czasowym. Przy 131 072 dostępnych pozycjach na obrót, każdy przyrost między próbkami jest osiem razy drobniejszy niż przy 16 384 ppr, a szacowanie prędkości otrzymywane przez pętlę prędkości jest odpowiednio czystsze. Czystniejszy sygnał prędkości umożliwia wyższe wzmocnienie proporcjonalne w pętli prędkości bez niestabilności, a wyższe wzmocnienie oznacza szybsze tłumienie zakłóceń — sił skrawania, zmian obciążenia i efektów zgodności transmisji, które wypychają prędkość osi z jej profilu sterowania.

Wydajność przy niskich prędkościach również się poprawia. Na osiach pracujących z niskimi prędkościami posuwu — operacje konturowania, precyzyjne wytaczanie, toczenie gwintów — rozdzielczość enkodera bezpośrednio wpływa na płynność regulacji prędkości przez pętlę prędkości. Grubsze przyrosty pozycji przy niskiej prędkości powodują tętnienia prędkości, które pojawiają się na obrobionej powierzchni jako okresowy wzór. Enkoder 17-bitowy znacznie redukuje te tętnienia, co jest wyraźnie widoczne w wykończeniu powierzchni przy precyzyjnych operacjach z niskim posuwem na tym poziomie wydajności.

Funkcja absolutna zachowuje swoją wartość niezależnie od rozdzielczości enkodera. Bateria litowa A6BAT we wzmacniaczu MR-J2S utrzymuje wieloobrotowy licznik pozycji absolutnej przez nieograniczony czas podczas wszelkich przerw w zasilaniu. Każde ponowne uruchomienie — po zaplanowanym wyłączeniu, odzyskaniu po zatrzymaniu awaryjnym lub zresetowaniu alarmu — przywraca oś do dokładnej pozycji absolutnej. Nie jest wymagane powrotne pozycjonowanie referencyjne, nie traci się czasu produkcji na obowiązkowe cykle wyszukiwania pozycji początkowej.

Kompatybilne wzmacniacze

HC-SFS502BK wymaga wzmacniacza klasy MR-J2S-500. Trzy warianty obejmują główne architektury systemowe:

MR-J2S-500A — Interfejs ogólnego przeznaczenia, akceptujący analogowe polecenia prędkości i impulsowe polecenia pozycji z systemów CNC i PLC. Obsługuje tryby sterowania pozycją, prędkością i momentem obrotowym. Konfiguracja i monitorowanie za pomocą MR Configurator przez RS-232C.

MR-J2S-500B — Interfejs magistrali szeregowej światłowodowej SSCNET dla sterowników ruchu Mitsubishi. Skoordynowana interpolacja wieloosiowa z poleceniami trajektorii dostarczanymi przez sieć ze sterowników ruchu serii A lub Q. Standardowy wybór dla konstrukcji maszyn, w których wszystkie osie serwo są pod kontrolą ruchu.

MR-J2S-500CP — Wbudowana funkcja pozycjonowania z zapisaną tabelą punktów. Do 31 pozycji docelowych zapisanych we wzmacniaczu, aktywowanych przez polecenia I/O lub CC-Link. Nadaje się do samodzielnych zastosowań pozycjonowania bez dedykowanego sterownika ruchu.

Wszystkie trzy warianty obsługują enkoder 17-bitowy i są przystosowane do prądu ciągłego 25A. HC-SFS502BK nie jest kompatybilny z oryginalnymi wzmacniaczami MR-J2-500 — protokół enkodera J2S jest nieczytelny dla sprzętu pierwszej generacji J2. Nie jest również kompatybilny ze wzmacniaczami MR-J3 ani MR-J4. W przypadku maszyn z oryginalnym sprzętem MR-J2-500, HC-SF502BK (generacja J2, enkoder 14-bitowy, ta sama specyfikacja mechaniczna) jest właściwym celem zakupu.

HC-SFS502BK w zakresie 2000 obr./min serii HC-SFS

W ramach punktu wydajności 502, cztery warianty sufiksów obejmują pełną matrycę wału i hamulca:

Wszystkie cztery mają ten sam kołnierz 176 × 176 mm, enkoder 17-bitowy, moment obrotowy 23,9 Nm / 71,6 Nm i wymagają wzmacniacza MR-J2S-500. Typ wału i obecność hamulca nie wpływają na żadną specyfikację elektryczną.

Typowe zastosowania

Oś Z VMC w dużych centrach obróbczych pionowych z połączeniem zębatym lub paskowym. Oś wrzeciona obciążona grawitacyjnie jest kanonicznym zastosowaniem dla sufiksu BK: blokada mechaniczna po wyłączeniu serwo jest bezwzględnie wymagana, a tam, gdzie napęd śruby kulowej osi Z wykorzystuje pasek zębaty lub redukcję zębatą między silnikiem a wałem wejściowym śruby kulowej, wał silnika z wpustem jest właściwym interfejsem dla piasty koła pasowego lub zębatki napędowej. HC-SFS502BK spełnia oba wymagania w jednym pakiecie.

Napędy wózków paletowych HMC z interfejsem koła zębatego z wpustem. Zmieniarki palet w centrach obróbczych poziomych wykorzystują napędy wózków łańcuchowe lub paskowe, gdzie koło zębate lub koło pasowe po stronie silnika jest zamocowane na wpust na wale silnika. Wózek przenosi znaczną masę palety i musi pewnie utrzymywać pozycję na każdej stacji transferowej — hamulec załączony podczas operacji mocowania i odłączania, wał z wpustem zapewnia, że element napędowy pozostaje zsynchronizowany z wałem silnika przez powtarzające się cykle o wysokim momencie obrotowym.

Duże napędy stołów obrotowych i indeksowania trunnionów. Napędy stołów obrotowych 4. i 5. osi z redukcją ślimakową lub bezpośrednią między silnikiem serwo a stołem zazwyczaj wymagają piast zębatych po stronie silnika z wpustem. Oś musi mechanicznie utrzymywać pozycję kątową podczas operacji skrawania; hamulec zapewnia to utrzymanie, gdy siły skrawania działają na stół. Enkoder absolutny gwarantuje dokładność pozycjonowania kątowego w każdym cyklu indeksowania bez powrotu do punktu odniesienia.

Napędy siłowników pionowych i mechanizmów podnoszących napędzanych serwo. Przemysłowe osie podnoszące pionowo — podnośniki obrabianych przedmiotów, systemy wind do słupków, podnośniki palet — łączą potrzebę wysokiego momentu obrotowego, awaryjnego blokowania hamulca i pozytywnego interfejsu połączenia wału w dokładnie taką specyfikację, jaką pokrywa HC-SFS502BK. Połączenie napędu po stronie silnika to zazwyczaj piasta z wpustem na reduktorze lub napędzie śrubowym, a hamulec utrzymuje obciążenie na wysokości podczas wszystkich zdarzeń wyłączenia zasilania.

Napędy stacji linii transferowych z rejestracją mechaniczną. Napędy stacji transferowych napędzane serwo, które wykorzystują koła zębate z wpustem lub napędy zębate do indeksowania uchwytów części w sekwencyjnych operacjach obróbki wymagają zarówno pozytywnego połączenia wału, które zapobiega dryfowaniu rejestracji przez tysiące cykli, jak i hamulca, który utrzymuje pozycję każdej stacji podczas postoju obróbki. Sprzężenie zwrotne pozycji enkodera absolutnego zapewnia, że indeks stacji jest potwierdzony jako dokładny w każdym cyklu.

Nowy w pudełku, fabrycznie zapieczętowany

Fabrycznie zapieczętowany oznacza oryginalne opakowanie Mitsubishi ze wszystkimi osłonami ochronnymi na miejscu — zaślepka na końcu wału chroniąca wpust i rowek na wpust, porty enkodera i złącza zasilania zakryte, uszczelka olejowa nienaruszona, a wewnętrzna pianka pakująca nie naruszona. Silnik i zintegrowany zespół hamulcowy nigdy nie były zasilane ani zainstalowane. Brak historii termicznej, brak zużycia łożysk, brak cykli tarczy hamulcowej z poprzedniej eksploatacji.

Dla maszyny aktualnie zatrzymanej w oczekiwaniu na tę część, nowy w pudełku dostępny od ręki dostarcza jednostkę o znanym stanie natychmiast, bez czasu naprawy lub niepewności związanych z komponentami odnowionymi. Dla zapasów części zamiennych w operacjach, gdzie ta moc i konfiguracja pojawia się na wielu krytycznych osiach, fabrycznie zapieczętowane jednostki zapewniają konsekwentnie możliwe do uruchomienia zapasy.

Przy wadze typowej dla ramy 5kW z zespołem hamulcowym, HC-SFS502BK jest wysyłany w opakowaniu proporcjonalnym do jego masy. Przechowywany w stabilnej temperaturze, niskiej wilgotności i z dala od wibracji, fabrycznie zapieczętowany zapas utrzymuje pełną specyfikację przez kilka lat. Po pięciu latach, powolne obracanie wału przed uruchomieniem jako część inspekcji instalacyjnej pomaga rozprowadzić smar w łożyskach przed oddaniem silnika do eksploatacji.

Często zadawane pytania

P1: Które wzmacniacze są kompatybilne z HC-SFS502BK?

HC-SFS502BK wymaga wzmacniacza klasy MR-J2S-500 z platformy MELSERVO-J2S. Trzy główne warianty to MR-J2S-500A (ogólnego przeznaczenia analogowy/impulsowy), MR-J2S-500B (magistrala światłowodowa SSCNET dla sterowników ruchu Mitsubishi) i MR-J2S-500CP (wbudowane pozycjonowanie z tabelą punktów). Wszystkie obsługują enkoder 17-bitowy i prąd znamionowy 25A. Ten silnik nie jest kompatybilny z oryginalnymi wzmacniaczami MR-J2-500 ani ze wzmacniaczami MR-J3 / MR-J4.

P2: Jaka jest różnica między HC-SFS502BK a HC-SF502BK?

Oba silniki mają moc 5kW, moment 23,9 Nm, wał z wpustem i hamulec elektromagnetyczny, na kołnierzu 176 × 176 mm — fizycznie wymienne przy montażu. Różnica polega na generacji enkodera: HC-SF502BK wykorzystuje enkoder 14-bitowy (16 384 ppr) i współpracuje ze wzmacniaczami MR-J2 i MR-J2S. HC-SFS502BK wykorzystuje enkoder 17-bitowy (131 072 ppr) i wymaga tylko wzmacniaczy MR-J2S. Jeśli maszyna działa na oryginalnym sprzęcie MR-J2-500, należy wybrać HC-SF502BK. Jeśli działa na MR-J2S-500, oba silniki są kompatybilne.

P3: Jak prawidłowo okablować i sekwencjonować hamulec elektromagnetyczny?

Hamulec jest uruchamiany sprężyną i awaryjny — napięcie 24V DC utrzymuje go otwartym, sprężyna zamyka go po odłączeniu zasilania. Jest to urządzenie blokujące, a nie hamulec zatrzymujący, i musi być załączany dopiero po zatrzymaniu silnika. Zawsze steruj przekaźnikiem hamulca za pomocą wyjścia MBR (blokada hamulca) wzmacniacza MR-J2S, które synchronizuje załączenie hamulca po tym, jak wzmacniacz potwierdzi, że silnik zwolnił do zatrzymania. Załączenie hamulca na obracającym się wale 5kW powoduje szybkie zużycie hamulca i wstrząs mechaniczny. Należy również zamontować tłumik przepięć bezpośrednio na zaciskach cewki hamulca w celu stłumienia impulsów napięcia indukcyjnego przy wyłączaniu.

P4: Czy bateria enkodera 17-bitowego znajduje się w silniku czy we wzmacniaczu?

Bateria znajduje się we wzmacniaczu serwo, a nie w silniku. Litowa bateria Mitsubishi A6BAT zainstalowana wewnątrz wzmacniacza MR-J2S-500 utrzymuje wieloobrotowy licznik pozycji absolutnej podczas okresów wyłączenia zasilania. Wymień ją, gdy wzmacniacz wyświetli alarm niskiego poziomu baterii — przed całkowitym rozładowaniem. Całkowicie rozładowana bateria A6BAT resetuje licznik pozycji absolutnej, wymagając cyklu powrotu do punktu odniesienia przed wznowieniem produkcji. Sam silnik nie wymaga baterii ani konserwacji związanej z baterią.

P5: Jaki jest prawidłowy sposób montażu piasty sprzęgła na wale z wpustem?

Użyj gwintowanego otworu na końcu wału do osiowego ściągnięcia piasty na wał za pomocą śruby ściągającej, podkładki i nakrętki opierającej się o powierzchnię piasty. Nigdy nie uderzaj ani nie wciskaj piasty na wał. Przy tym rozmiarze ramy silnika, obciążenia udarowe podczas montażu piasty przechodzą przez wał do zespołu enkodera z tyłu silnika i powodują uszkodzenia, które zazwyczaj nie powodują natychmiastowej awarii — pojawiają się później jako sporadyczne alarmy enkodera pod wpływem wibracji, które są trudne do zdiagnozowania. Metoda ze śrubą ściągającą jest prosta, zajmuje nieco więcej czasu i całkowicie zapobiega temu trybowi awarii.