Mitsubishi HC-SF502BK (HCSF502BK) — 5kW AC Serwomotor, Wał z wpustem + Hamulec, Seria MELSERVO J2

Identyfikacja produktu

Numer części: HC-SF502BK

Szukane również jako: HCSF502BK, HC-SF-502BK

Seria: Mitsubishi MELSERVO HC-SF (Generacja J2)

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

Stan: Nowy w pudełku, fabrycznie zapieczętowany

Przegląd

Bateria litowa Mitsubishi HC-SF502BK to bezszczotkowy serwomotor AC o mocy 5kW ze średnią bezwładnością z oryginalnej platformy MELSERVO J2, posiadający cechy definiujące jego wariant: frezowany rowek na wpust na wale napędowym oraz hamulec elektromagnetyczny z dociskiem sprężynowym. Przy ciągłym momencie obrotowym 23,9 Nm i szczytowym 71,6 Nm, zapewnia moc wymaganą przez osie ciężkich obrabiarek i napędy automatyki o dużym obciążeniu, podczas gdy hamulec zapewnia, że moc ta idzie w parze z bezpiecznym mechanicznym blokowaniem, niezbędnym w wymagających zastosowaniach.

Ta konkretna kombinacja — wał z wpustem i hamulec przy mocy 5kW — występuje w rozpoznawalnej kategorii osi. Duże kolumny Z w obrabiarkach CNC przenoszące ciężkie zespoły wrzeciona, które wymagają interfejsu sprzęgającego i mechanicznego blokowania przeciwko grawitacji. Napędy stołów obrotowych z piastami kół zębatych z wpustami, które muszą utrzymywać pozycję indeksowania po wyłączeniu zasilania. Mechanizmy transportowe i przesuwne, w których sprzęgło po stronie silnika wymaga rowka na wpust, a obciążona oś nie może polegać wyłącznie na blokadzie serwo między cyklami. HC-SF502BK jest specjalnie zaprojektowany do dokładnie tego połączenia wymagań.

Jako silnik generacji J2, HC-SF502BK posiada 14-bitowy absolutny enkoder szeregowy z 16 384 pozycjami na obrót i utrzymuje pełną kompatybilność zarówno z oryginalną rodziną wzmacniaczy MR-J2-500, jak i późniejszą platformą MR-J2S-500. Ta dwugeneracyjna kompatybilność ze wzmacniaczami jest jednym z najbardziej praktycznych aspektów serii HC-SF — maszyny z pierwszymi wzmacniaczami MR-J2 mogą przyjąć ten silnik bez żadnych zmian we wzmacniaczu, co czyni go czystym celem zaopatrzenia dla dużej zainstalowanej bazy obrabiarek z epoki J2.

Specyfikacje techniczne

5kW, 23,9 Nm: Gdzie ten silnik jest stosowany

Pięć kilowatów przy 2000 obr./min znajduje się w wymagającym zakresie mocy serwomotorów — powyżej osi średniego zasięgu, którymi zajmują się silniki 2kW i 3,5kW, poniżej największej standardowej mocy 7kW. HC-SF502BK to silnik wybierany, gdy napęd 3,5kW osiąga swój limit momentu obrotowego w warunkach produkcyjnych, a jednostka 7kW byłaby nadmiernie duża i trudniejsza do uzasadnienia pod względem miejsca w szafie sterowniczej i mocy zasilania.

Ciągły moment obrotowy 23,9 Nm to wartość, którą silnik może utrzymać przez nieograniczony czas w ramach swoich limitów termicznych. Ciężkie posuwy stołu VMC przesuwające duże detale z utrzymywanymi prędkościami posuwu skrawania, napędy przesuwu palet HMC cyklicznie powtarzające cykle pod ciężarem załadowanych palet, duże osie stołów obrotowych konturujące w programach obróbki wielostronnej — to są warunki pracy, w których ciągły moment obrotowy określa, czy silnik pracuje w ramach swojego budżetu termicznego, czy zbliża się do przeciążenia w ciągu zmiany produkcyjnej.

Szczytowy moment obrotowy 71,6 Nm — trzykrotność momentu ciągłego — to zasób wzmacniacza do przyspieszania. Przesunięcie dużej masy o dużej bezwładności od spoczynku do prędkości szybkiego posuwu wymaga impulsu momentu obrotowego znacznie powyżej wartości ciągłej. Wartość szczytowa określa granicę tego impulsu; cykl pracy określa, jak często silnik może go wykorzystywać, nie zbliżając się do swoich limitów termicznych. Dobrze dopasowane zastosowanie osi wykorzystuje moc szczytową podczas faz przyspieszania i wraca do wartości znacznie poniżej ciągłego znamionowego podczas skrawania lub transportu w każdym cyklu.

Wymaganie mocy 7,5 kVA wpływa na projekt zasilania elektrycznego, okablowanie szafy sterowniczej i obsługę energii odzyskanej. Przy prądzie znamionowym 25A, wymiarowanie kabli, zabezpieczenia i wybór styczników muszą być odpowiednie dla tego poziomu prądu. Regeneracja z hamowania obciążeń o dużej bezwładności — załadowana paleta hamująca z dużą prędkością przesuwu, ciężka kolumna Z zatrzymująca się z szybkiego posuwu — zwraca energię do magistrali DC wzmacniacza. Wzmacniacz MR-J2 lub MR-J2S-500 sobie z tym radzi, ale należy potwierdzić pojemność rezystora hamowania regeneracyjnego dla osi z częstymi zdarzeniami hamowania o dużej energii.

Wał z wpustem przy 5kW: Inżynieria połączenia

Dwadzieścia trzy przecinek dziewięć niutonometrów przy ciągłym momencie obrotowym to znaczące obciążenie dla interfejsu sprzęgającego wał-piasta, które musi niezawodnie przenosić przez lata eksploatacji produkcyjnej. Siedemdziesiąt jeden przecinek sześć niutonometrów szczytowo to rzeczywisty cel projektowy: to właśnie musi przenosić sprzęgło bez poślizgu w najgorszych warunkach pracy, z jakimi spotka się oś — maksymalne przyspieszenie natychmiast po ostrym odwróceniu kierunku, szybkie hamowanie z pełnego szybkiego posuwu lub nagły szok obciążeniowy z przerwanego cięcia.

Na zwykłym prostym wale o tej mocy, piasta sprzęgła zaciskowego musi być odpowiednio dobrana i zamontowana ze znaczną siłą zacisku, aby zagwarantować brak poślizgu przy 71,6 Nm. Margines jest wykonalny, ale nie duży, i zależy od stałego momentu dokręcania podczas montażu, czystych powierzchni wału i tolerancji otworu piasty, która zapewnia określone pasowanie wciskowe. Jakiekolwiek odchylenie — lekko zbyt duży otwór, zanieczyszczona powierzchnia wału, niedokręcone śruby zaciskowe — zmniejsza margines, a w przypadku osi 5kW z dużym obciążeniem, zdarzenie poślizgu oznacza utratę pozycji na znaczącej części maszyny.

Rowek na wpust w HC-SF502BK eliminuje tę zależność. Ścieżka momentu obrotowego przebiega przez przekrój ścinający wpustu, a nie przez tarcie powierzchniowe. W przypadku obciążeń cyklicznych, odwracających i udarowych, które charakteryzują pracę obrabiarek produkcyjnych, prawidłowo dopasowane połączenie na wpust nie rozwija mikropoślizgu. Zacisk sprzęgła nadal przyczynia się do osiowego utrzymania i ogólnej sztywności połączenia, ale przenoszenie momentu obrotowego jest mechanicznie gwarantowane przez wpust.

Rowek na wpust służy konstrukcjom po stronie napędzanej, które go specjalnie wymagają. Piasty kół zębatych w napędach stołów obrotowych z przekładnią ślimakową, koła pasowe z paskiem zębatym na dużych osiach z kulowymi śrubami, napędy kół łańcuchowych na łańcuchach transportowych palet i precyzyjne piasty sprzęgające w mechanizmach sprzężonych bezpośrednio — wszystkie te elementy albo wymagają, albo lepiej działają z wałem z wpustem. Jeśli piasta po stronie napędzanej ma wyfrezowany rowek na wpust, wał silnika również go potrzebuje, a HC-SF502BK jest odpowiednią specyfikacją.

Wskazówki montażowe: użyj gwintowanego otworu na końcu wału, aby osiowo wciągnąć piastę sprzęgła na wał za pomocą śruby ciągnącej i podkładki, zamiast wciskać ją lub wbijać uderzeniami. Przy tym rozmiarze ramy, wszelkie uderzenia osiowe podczas montażu przenoszą się przez wał na tarczę enkodera i zespół łożyska z tyłu silnika. Powstałe uszkodzenia mogą nie spowodować natychmiastowej awarii — często pojawiają się tygodnie lub miesiące później jako sporadyczne błędy enkodera, które są niezwykle trudne do zidentyfikowania jako wynik montażu. Metoda ze śrubą ciągnącą zajmuje trzydzieści sekund dłużej niż użycie młotka. Zawsze jest warta poświęconego czasu.

Hamulec elektromagnetyczny: Blokada bezpieczeństwa przy 5kW

Hamulec z dociskiem sprężynowym w HC-SF502BK jest urządzeniem zabezpieczającym przed awarią. Sprężyna załącza się po odłączeniu napięcia 24V DC — wał jest blokowany mechanicznie, niezależnie od stanu wzmacniacza, zasilania sterującego lub jakiegokolwiek warunku programowego. Ta cecha sprawia, że jest on prawdziwie bezpieczny w przypadku awarii, a nie tylko trzymany elektrycznie: stan domyślny to blokada.

Przy mocy 5kW, konsekwencje utraty kontroli serwo na osi bez hamulca odpowiednio rosną. Serwomotor 5kW napędzający dużą kolumnę Z VMC przenosi cały ciężar głowicy wrzeciona maszyny — potencjalnie kilkaset kilogramów stali umieszczonej nad obrabianym przedmiotem i mocowaniem. Gdy wzmacniacz zadziała, prąd serwo spada do zera w milisekundach. W silniku z hamulcem sprężyna się załącza i kolumna jest blokowana. W silniku bez hamulca kolumna opada pod wpływem grawitacji, aż hamulec dynamiczny wzmacniacza lub tarcie mechaniczne zatrzyma ją — a odległość, jaką pokonuje przed zatrzymaniem, nie jest nieistotna.

Hamulec jest również istotny podczas planowanych przestojów maszyn. Nowoczesne maszyny CNC wykonują znacznie więcej planowanych zatrzymań na zmianę niż zdarzeń awaryjnych — wymiany narzędzi, pauzy programowe, zatrzymania na koniec zmiany. Przy każdym z nich oś Z jest parkowana na znanej wysokości. Hamulec utrzymuje ją tam bez prądu serwo, bez zużycia mocy wzmacniacza i bez ryzyka dryfu kolumny w przypadku rozluźnienia pętli serwo lub awarii wzmacniacza podczas zatrzymania.

Trzy wymagania instalacyjne, które mają zastosowanie szczególnie na tym poziomie mocy:

Użyj wyjścia MBR (blokada hamulca elektromagnetycznego) wzmacniacza MR-J2 lub MR-J2S do sterowania przekaźnikiem hamulca. Sygnał MBR synchronizuje załączenie hamulca tak, aby nastąpiło dopiero po tym, jak wzmacniacz wyhamuje silnik do całkowitego zatrzymania. Przy mocy 5kW, załączenie sprężyny na obracającym się wale generuje znaczące obciążenie udarowe — takie, które szybko uszkadza powierzchnie cierne hamulca i skraca jego żywotność z lat do tygodni w poważnych przypadkach.

Zamontuj tłumik przepięć bezpośrednio na zaciskach cewki hamulca. Cewka jest obciążeniem indukcyjnym; wyłączenie napięcia 24V DC bez tłumienia generuje przepięcie, które może uszkodzić wyjście przekaźnika lub inne elementy obwodu hamulca. Tłumik musi być umieszczony przy cewce, a nie przy przekaźniku — odległość wzdłuż kabla zmniejsza jego skuteczność.

Dla osi pionowych, wytyczne Mitsubishi określają zalecaną maksymalną statyczną niezrównoważoną moment obrotowy na poziomie 70% lub mniej momentu znamionowego silnika — około 16,7 Nm na wale silnika dla HC-SF502BK. Osie z większym niezrównoważeniem grawitacyjnym powinny zawierać dodatkowe przeciwwagi, takie jak pneumatyczny cylinder równoważący, zamiast polegać wyłącznie na momencie serwo i hamulcu.

Enkoder generacji J2 i kompatybilność ze wzmacniaczami

HC-SF502BK wykorzystuje 14-bitowy absolutny enkoder szeregowy z 16 384 ppr z oryginalnej platformy J2. Konstrukcja absolutna szeregowa przesyła cyfrowe słowo pozycji do wzmacniacza przy każdym interwale próbkowania i utrzymuje wieloobrotowy licznik absolutny po wyłączeniu zasilania dzięki zasilaniu bateryjnemu. Brak liczenia przyrostowego, brak powrotu do punktu odniesienia i brak niepewności pozycji po zdarzeniach zasilania — pod warunkiem, że bateria jest sprawna.

Bateria litowa A6BAT znajduje się we wzmacniaczu serwo, a nie w korpusie silnika. Jest ona wymieniana we wzmacniaczu w ramach planowej konserwacji, niezależnie od jakichkolwiek prac przy silniku. Alarm baterii wzmacniacza uruchamia się, gdy napięcie ogniwa spadnie poniżej bezpiecznego progu; wymiana A6BAT przed całkowitym rozładowaniem zachowuje dane pozycji absolutnej. Rozładowana bateria oznacza, że licznik absolutny jest resetowany, a maszyna wymaga cyklu powrotu do punktu odniesienia przed wznowieniem produkcji.

Kompatybilność ze wzmacniaczami jest praktyczną siłą generacji J2 dla maszyn będących obecnie w eksploatacji. 14-bitowy enkoder HC-SF jest odczytywany przez obie generacje wzmacniaczy serwo Mitsubishi klasy 500:

• MR-J2-500A / MR-J2-500B — Oryginalne wzmacniacze generacji J2. Pełna kompatybilność, bez ograniczeń.
• MR-J2S-500A / MR-J2S-500B / MR-J2S-500CP — wzmacniacze J2-Super, w pełni kompatybilne wstecznie z enkoderem J2.

Późniejszy HC-SFS502BK z 17-bitowym enkoderem działa wyłącznie ze wzmacniaczami MR-J2S-500. Dla dużej zainstalowanej bazy maszyn z oryginalnym sprzętem MR-J2-500, HC-SF502BK jest jedynym prawidłowym silnikiem do wymiany "jeden do jednego" — HC-SFS502BK spowoduje błąd enkodera bez modernizacji wzmacniacza.

HC-SF502BK vs HC-SFS502BK: Decyzja o wymianie

Wydajność wyjściowa jest identyczna. Montaż jest identyczny. Generacja enkodera i wynikające z niej wymagania dotyczące wzmacniacza są jedyną istotną różnicą. Sprawdź model wzmacniacza przed zakupem: MR-J2-500 (bez S) oznacza HC-SF502BK; MR-J2S-500 oznacza, że oba silniki działają, przy czym HC-SFS502BK oferuje wyższą rozdzielczość enkodera, jeśli zastosowanie może z niej skorzystać.

Zakres HC-SF 2000 obr./min — Gdzie znajduje się 5kW

HC-SF502BK dzieli kołnierz 176 × 176 mm ze wszystkimi silnikami od 2kW do 7kW w zakresie 2000 obr./min serii HC-SF. Kombinacje sufiksów podążają za spójnym wzorem w całej rodzinie: brak sufiksu = wał prosty, bez hamulca; B = wał prosty z hamulcem; K = wał z wpustem, bez hamulca; BK = wał z wpustem z hamulcem. HC-SF502BK to wariant z wpustem i hamulcem przy mocy 5kW.

Typowe zastosowania

Oś Z VMC w dużych centrach obróbczych pionowych. Kolumna Z przenosząca głowicę wrzeciona w pełnym rozmiarze to zastosowanie, które sprawia, że specyfikacja sufiksu BK jest niemal automatyczna. Kolumna jest obciążona grawitacyjnie; silnik wymaga mechanicznego blokowania po wyłączeniu serwo; a interfejs sprzęgający ze śrubą kulową jest zazwyczaj sprzęgłem sztywnym z piastą z wpustem, która wymaga wału silnika z wpustem. HC-SF502BK spełnia wszystkie trzy wymagania w czysty sposób.

Oś W HMC i napędy głębokich wierteł. Skok osi W w centrach obróbczych poziomych i osie wysuwu głowicy przesuwają ciężkie zespoły wrzeciona i narzędzi. Przy mocy 5kW i ciągłym momencie obrotowym 23,9 Nm, HC-SF502BK obsługuje stałą siłę posuwu dużych średnic operacji wytaczania, a hamulec utrzymuje głowicę w pozycji podczas wymiany narzędzi i postojów maszyny.

Duże napędy indeksowania stołów obrotowych. Osie indeksowania stołów obrotowych w centrach obróbczych i liniach transferowych wykorzystują napędy serwo z przekładnią, gdzie piasta koła zębatego po stronie silnika jest połączona wpustem z wałem. Pozycja indeksowania musi być mechanicznie utrzymywana między cięciami — hamulec zapewnia to blokowanie na każdej stacji — a enkoder absolutny potwierdza dokładną pozycję kątową przy każdym ponownym uruchomieniu bez cyklu powrotu do punktu odniesienia.

Systemy transportu i przesuwania palet w HMC. Przenośniki palet w centrach obróbczych poziomych średniej i dużej wielkości transportują palety o wadze kilkuset kilogramów. Powtarzalny cykl start-stop w warunkach obciążenia pasuje do znamionowego momentu obrotowego HC-SF502BK, wał z wpustem obsługuje typowy dla mechanizmów przesuwania palet napęd sprzęgający, a hamulec zabezpiecza paletę na każdej stacji przed jakimkolwiek ruchem podczas mocowania i obróbki.

Napędzane serwo podajniki pras i osie transportu materiałów. Serwo podajniki taśmy w prasach mechanicznych i sterowane serwo osie transportu materiałów z pionowymi lub nachylonymi elementami ruchu łączą potrzebę znacznego momentu obrotowego, pozytywnego sprzęgła wału i niezawodnego blokowania mechanicznego między skokami podawania. HC-SF502BK spełnia wszystkie trzy wymagania w pakiecie kompatybilnym z J2, którego wymaga sprzęt wzmacniacza oryginalnej maszyny.

Nowy w pudełku, fabrycznie zapieczętowany

Fabrycznie zapieczętowany oznacza oryginalne opakowanie Mitsubishi — karton zewnętrzny nienaruszony, wewnętrzna piankowa wkładka nie naruszona, wszystkie osłony ochronne na miejscu. Rowek na wpust i wpust wału są chronione przez zaślepkę na końcu wału; porty enkodera i złącza zasilania pozostają zakryte; uszczelka olejowa IP65 jest w stanie fabrycznym. Brak wcześniejszej instalacji, brak historii termicznej, brak zużycia mechanicznego.

Dla maszyny produkcyjnej zatrzymanej w oczekiwaniu na ten silnik, nowy zapas w pudełku całkowicie eliminuje czas naprawy z ścieżki odzyskiwania. Dla zapasów konserwacyjnych — szczególnie w operacjach wielomaszynowych, gdzie ta moc i konfiguracja występuje na wielu osiach — fabrycznie zapieczętowany zapas zapewnia jednostki o znanym stanie, które można bezpośrednio uruchomić.

Przy wadze typowej dla tej klasy ramy z hamulcem, HC-SF502BK jest wysyłany w solidnym opakowaniu dostosowanym do jego masy. Przechowywany w stabilnej temperaturze i niskiej wilgotności, z dala od wibracji, fabrycznie zapieczętowany zapas utrzymuje pełną specyfikację przez kilka lat. Po pięciu latach, powolne obracanie wału jako część inspekcji przed uruchomieniem rozprowadza smar łożyskowy przed pierwszym włączeniem zasilania.

Często zadawane pytania

P1: Które wzmacniacze są kompatybilne z HC-SF502BK?

HC-SF502BK jest kompatybilny zarówno ze wzmacniaczami generacji J2, jak i J2-Super (J2S) klasy 500. Potwierdzone kompatybilne modele to MR-J2-500A i MR-J2-500B (oryginalna generacja J2), oraz MR-J2S-500A, MR-J2S-500B i MR-J2S-500CP (generacja J2-Super). 14-bitowy enkoder J2 jest w pełni odczytywany przez obie platformy wzmacniaczy. HC-SF502BK nie jest kompatybilny ze wzmacniaczami MR-J3 ani MR-J4.

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

Oba silniki dostarczają 23,9 Nm ciągłego i 71,6 Nm szczytowego momentu obrotowego na kołnierzu 176 × 176 mm z wałem z wpustem i hamulcem elektromagnetycznym — fizycznie wymienne pod względem montażu. Różnica polega na enkoderze: HC-SF502BK wykorzystuje 14-bitowy enkoder (16 384 ppr) i działa ze wzmacniaczami MR-J2 i MR-J2S. HC-SFS502BK wykorzystuje 17-bitowy enkoder (131 072 ppr) i wymaga tylko wzmacniaczy MR-J2S. Jeśli maszyna obecnie działa ze wzmacniaczami MR-J2-500, HC-SF502BK jest jedyną prawidłową opcją zaopatrzenia. Jeśli zainstalowane są wzmacniacze MR-J2S-500, oba silniki są kompatybilne.

P3: Jak działa hamulec elektromagnetyczny i jaka jest prawidłowa praktyka okablowania?

Hamulec jest z dociskiem sprężynowym i zabezpieczający przed awarią: 24V DC utrzymuje tarczę hamulca odsuniętą, umożliwiając swobodne obracanie wału. Odłączenie 24V powoduje natychmiastowe zaciśnięcie wału przez sprężynę. Jest to tylko urządzenie blokujące — musi się załączyć dopiero po zatrzymaniu silnika przez wzmacniacz. Zawsze używaj wyjścia MBR (blokada hamulca) wzmacniacza MR-J2 lub MR-J2S do sterowania przekaźnikiem hamulca, synchronizując załączenie hamulca po zakończeniu hamowania silnika. Zamontuj tłumik przepięć na zaciskach cewki hamulca w celu ochrony przed przepięciami indukcyjnymi przy wyłączaniu.

P4: Gdzie znajduje się bateria enkodera absolutnego i kiedy należy ją wymienić?

Bateria litowa Mitsubishi A6BAT podtrzymująca 14-bitowy enkoder absolutny jest zainstalowana wewnątrz wzmacniacza serwo — nie w silniku. Zachowuje ona wieloobrotowy licznik pozycji absolutnej podczas wszelkich przerw w zasilaniu, eliminując cykle powrotu do punktu odniesienia po ponownym uruchomieniu. Wymień A6BAT, gdy wzmacniacz wyświetli alarm niskiego poziomu baterii. Nie czekaj na całkowite rozładowanie: całkowicie rozładowana bateria A6BAT powoduje reset licznika pozycji absolutnej, wymagając cyklu powrotu do punktu odniesienia przed wznowieniem produkcji przez maszynę.

P5: Jaka jest prawidłowa procedura montażu piasty sprzęgła na wale z wpustem?

Użyj gwintowanego otworu na końcu wału do osiowego wciągnięcia piasty na wał — śruba ciągnąca, podkładka i nakrętka na powierzchni piasty wywierają siłę osiową, która czysto osadza piastę bez uderzeń. Nie uderzaj ani nie wciskaj piasty na wał. Przy tym rozmiarze silnika, obciążenia udarowe podczas montażu piasty przenoszą się przez wał na zespół enkodera z tyłu silnika, powodując uszkodzenia, które mogą nie spowodować natychmiastowej awarii, ale mogą prowadzić do sporadycznych błędów enkodera pod wpływem wibracji. Metoda ze śrubą ciągnącą zajmuje nieco więcej czasu, ale niezawodnie chroni enkoder.