Mitsubishi HC-SFS502 (HCSFS502) — Serwomotor AC 5kW, Wał prosty, Bez hamulca, Seria MELSERVO-J2S

Identyfikacja produktu

Numer części: HC-SFS502

Szukane również jako: HCSFS502, HC-SFS-502

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

Typ silnika: Serwomotor AC bezszczotkowy — Wał prosty, Bez hamulca, 2000 obr./min

Stan: Nowy w pudełku, fabrycznie zapieczętowany

Przegląd

Silnik Mitsubishi HC-SFS502 to bezszczotkowy serwomotor AC o średniej bezwładności z platformy MELSERVO-J2S o mocy 5 kW — wał prosty, bez hamulca, o znamionowej prędkości 2000 obr./min, ze stałym momentem obrotowym 23,9 Nm i momentem szczytowym 71,6 Nm. Jest to czysty, nieograniczony silnik napędowy o mocy 5 kW dla osi poziomych i wszelkich zastosowań, w których obciążenie jest podparte bocznie, grawitacja nie odgrywa roli w kierunku obrotu wału, a mechaniczne utrzymanie pozycji po wyłączeniu serwonapędu nie jest wymagane.

Usunięcie hamulca i określenie wału prostego nie zmniejsza znacząco wydajności tego silnika. Moc wyjściowa jest taka sama, 5 kW. Wartości momentu obrotowego stałego i szczytowego są takie same. 17-bitowy absolutny enkoder szeregowy — 131 072 pozycji na obrót — jest identyczny z każdym innym silnikiem z rodziny HC-SFS. To, co HC-SFS502 oferuje w porównaniu do swoich wariantów BK lub B, to dokładnie to, czego potrzebują liczne zastosowania: 5 kW dobrze kontrolowanej mocy wyjściowej serwonapędu na wale prostym, bez dodatkowego okablowania, sekwencjonowania przekaźników i elementów panelu, których wymaga system hamulcowy na osiach, które go nie potrzebują.

Jest to generacja J2-Super o mocy 5 kW. HC-SFS502 zastępuje starszy HC-SF502 w tej samej obudowie kołnierza, z tą samą klasą wzmacniacza, która teraz określa sprzęt MR-J2S-500, i wprowadza ulepszenie enkodera 17-bitowego, które wprowadziła platforma J2-Super. Dla maszyn już pracujących ze wzmacniaczami MR-J2S-500 lub nowych konstrukcji od początku określających sprzęt J2S, HC-SFS502 jest silnikiem 5 kW z wałem prostym i bez hamulca, którego wymaga projekt systemu.

Specyfikacje techniczne

Co oznacza 5 kW przy 2000 obr./min w praktyce

HC-SFS502 zajmuje specyficzną lukę w zakresie mocy serwomotorów — jest wystarczająco wymagający, aby silniki średniego zasięgu nie mogły go zastąpić, ale nie na tyle duży, aby wymagać infrastruktury systemu 7 kW. Stała wartość znamionowa 23,9 Nm jest kluczową liczbą: jest to wartość, którą silnik może utrzymać przez nieograniczony czas w znamionowych warunkach termicznych, oś po osi, zmiana po zmianie. Gdy analiza cyklu pracy maszyny wykaże, że największy chwilowy moment obrotowy podczas cięcia lub moment przenoszenia na danej osi zbliża się lub przekracza to, co silnik o mocy 3,5 kW może obsłużyć w sposób ciągły, 5 kW jest krokiem pojemnościowym, który rozwiązuje problem marginesu.

Szczytowy moment obrotowy 71,6 Nm — dokładnie trzykrotność wartości stałej — określa, czego wzmacniacz może wymagać podczas przejściowych stanów przyspieszania i hamowania. Na dużym stole CNC przesuwającym znaczący element obrabiany i mocowanie z jednej pozycji do drugiej z dużą prędkością, zapotrzebowanie na moment obrotowy podczas rampy przyspieszenia znacznie przekracza to, czego wymaga stałe obciążenie podczas cięcia. Granica 71,6 Nm zapewnia osi możliwość szybkiego wykonania tego szybkiego ruchu, a silnik wraca do znacznie poniżej swojej stałej wartości znamionowej, gdy oś osiągnie docelową pozycję i rozpocznie operację obróbki.

Moc przyłączeniowa 7,5 kVA to zapotrzebowanie na energię elektryczną. Przy prądzie znamionowym 25 A, okablowanie panelu, zabezpieczenia obwodów i wybór styczników muszą być odpowiednio dobrane. Energia regeneracyjna — energia zwracana do magistrali DC podczas hamowania obciążenia o dużej bezwładności — jest obsługiwana przez wzmacniacz MR-J2S-500, ale należy potwierdzić pojemność rezystora regeneracyjnego dla osi z częstymi lub wysokoenergetycznymi zdarzeniami hamowania, takimi jak ciężkie osie stołu cyklicznie pracujące z wysokimi prędkościami posuwu.

Wał prosty, bez hamulca: właściwa specyfikacja dla napędów poziomych

Każdy wariant silnika z gamy HC-SFS istnieje, ponieważ różne zastosowania mają różne wymagania dotyczące wału i architektury bezpieczeństwa maszyny. HC-SFS502 bez hamulca i z wałem prostym nie jest kompromisem — jest to zoptymalizowana specyfikacja dla dobrze zdefiniowanej kategorii zastosowań.

Dlaczego bez hamulca? Utrzymanie pozycji w spoczynku na osi poziomej zapewnia blokada serwonapędu wzmacniacza — pętla pozycji pozostaje zamknięta, enkoder stale monitoruje pozycję wału, a wzmacniacz dostarcza prąd korygujący w celu utrzymania zerowego błędu. Jest to niezawodne, dokładne i nie wymaga dodatkowych zasobów panelu. Hamulec sprężynowy na tej samej osi dodałby okablowanie 24 V DC, przekaźnik, tłumik przepięć, obwód blokady MBR w logice bezpieczeństwa maszyny oraz bieżącą konserwację tarczy hamulcowej i cewki. Żadna z tych infrastruktury nie zapewnia żadnych korzyści funkcjonalnych na osi, gdzie grawitacja nie działa w kierunku obrotu wału, a żadna niezrównoważona siła nie grozi przesunięciem osi po usunięciu prądu serwonapędu.

W maszynie z wieloma osiami 5 kW — dużym centrum obróbczym z ruchomą kolumną, systemem bramowym, wielowrzecionową maszyną transferową — eliminacja hamulców z osi, które ich nie potrzebują, prowadzi do mierzalnie prostszego projektu elektrycznego. Mniej przekaźników, mniej połączeń okablowania, mniejsze zapotrzebowanie na prąd 24 V i proces uruchomienia, który nie wymaga weryfikacji czasu hamulca na tych osiach.

Dlaczego wał prosty? Sprzęgła cierne — sprzęgła tarczowe, sprzęgła mieszkowe, sprzęgła szczękowe z piastami zaciskowymi — są standardowym interfejsem dla wysokowydajnych zastosowań kulowych i napędów bezpośrednich serwonapędów. Zapewniają doskonałą sztywność skrętną, zerowy luz i kompensują niewielkie niedopasowanie kątowe i równoległe bez wprowadzania podatności do pętli pozycji. W przypadku prawidłowo dobranego i zainstalowanego sprzęgła ciernego o mocy 5 kW siła zacisku jest więcej niż wystarczająca do przeniesienia 71,6 Nm momentu szczytowego bez poślizgu.

Tam, gdzie wymagany jest wał z wpustem i połączenie z wpustem — koła pasowe rozrządu, piasty kół zębatych, napędy łańcuchowe — odpowiednim silnikiem jest HC-SFS502K (wał z wpustem, bez hamulca) lub HC-SFS502BK (wał z wpustem z hamulcem). HC-SFS502 z wałem prostym jest przeznaczony do konstrukcji sprzęgieł, które nie wymagają wpustu.

Jedna uwaga dotycząca instalacji, która ma znaczenie w tym rozmiarze ramy: użyj gwintowanego otworu na końcu wału i śruby ściągającej, aby osadzić piastę sprzęgła osiowo na wale, zamiast wciskać ją lub wbijając siłą uderzenia. Przy mocy 5 kW i odpowiedniej masie silnika, uderzenie wału podczas instalacji piasty przenosi się na zespół enkodera z tyłu silnika. Powodujące uszkodzenie enkodera objawia się zazwyczaj nie jako natychmiastowa awaria, ale jako sporadyczne błędy pozycji i alarmy enkodera, które pojawiają się pod wpływem wibracji podczas produkcji — trudne do zdiagnozowania, kosztowne w naprawie, całkowicie możliwe do uniknięcia.

Enkoder 17-bitowy: wydajność J2-Super przy 5 kW

Przejście z HC-SF502 (generacja J2, enkoder 14-bitowy, 16 384 ppr) do HC-SFS502 (generacja J2S, enkoder 17-bitowy, 131 072 ppr) to ośmiokrotny wzrost rozdzielczości enkodera. Przy mocy 5 kW i 2000 obr./min, poprawa rozdzielczości przynosi korzyści w całym zakresie prędkości roboczych.

Przy prędkości znamionowej jakość estymacji prędkości poprawia się bezpośrednio. Wzmacniacz MR-J2S oblicza prędkość osi na podstawie kolejnych próbek pozycji enkodera. Przy 131 072 pozycjach na obrót, każdy krok kątowy między próbkami jest osiem razy mniejszy niż przy 16 384 ppr. Pętla prędkości widzi mniej zaszumioną estymację prędkości, co pozwala na wyższe wzmocnienie proporcjonalne, zanim rezonanse mechaniczne staną się problemem stabilności. Wyższe wzmocnienie oznacza szybsze tłumienie zakłóceń — zakłócenia siły cięcia, efekty podatności transmisji i zmiany obciążenia są korygowane szybciej, utrzymując oś na zaplanowanym profilu prędkości podczas produkcji.

Przy niskich prędkościach posuwu — powolne ruchy konturowe, cięcie gwintów, szlifowanie profili — enkoder 17-bitowy zapewnia drobne przyrosty kątowe, których wymaga płynna kontrola prędkości. Grubsze dane enkodera przy niskiej prędkości powodują tętnienie prędkości, które pojawia się na obrabianej powierzchni jako okresowy wzór. 131 072 ppr HC-SFS502 znacznie tłumi to tętnienie w porównaniu do starszego urządzenia 14-bitowego, co jest widoczne w jakości wykończenia powierzchni przy precyzyjnych operacjach z niskim posuwem.

Funkcja absolutna utrzymuje swoją wartość niezależnie od znamionowej prędkości. Bateria litowa A6BAT we wzmacniaczu MR-J2S utrzymuje licznik pozycji wieloobrotowej podczas wszelkich przerw w zasilaniu. Przy następnym włączeniu zasilania — czy to po planowanym wyłączeniu, zadziałaniu alarmu, czy nieoczekiwanej awarii zasilania — oś odczytuje swoją absolutną pozycję, a maszyna wznawia pracę bez cyklu powrotu do punktu odniesienia. W operacjach produkcyjnych, gdzie czas ponownego uruchomienia bezpośrednio wpływa na przepustowość, eliminacja obowiązkowych cykli powrotu do punktu zerowego ma rzeczywistą wartość komercyjną.

Kompatybilne wzmacniacze

HC-SFS502 wymaga wzmacniacza klasy MR-J2S-500 z platformy MELSERVO-J2S. Trzy warianty interfejsu obejmują główne architektury sterowania:

MR-J2S-500A akceptuje polecenia analogowe i impulsowe z systemów CNC i PLC. Obsługiwane są wszystkie tryby sterowania pozycją, prędkością i momentem obrotowym. Konfiguracja, diagnostyka i monitorowanie w czasie rzeczywistym za pomocą MR Configurator (MRZJW3-SETUP) przez interfejs RS-232C. Standardowy wybór dla maszyn wykorzystujących wyjście poleceń pozycji CNC lub sterowanie impulsowe PLC.

MR-J2S-500B łączy się ze sterownikami ruchu Mitsubishi za pomocą szeregowej magistrali światłowodowej SSCNET — skoordynowanej wieloosiowej architektury używanej w systemach sterowników ruchu serii A i Q. Polecenia pozycji są odbierane przez sieć ze sterownika; wzmacniacz wykonuje je lokalnie, wykorzystując sprzężenie zwrotne z enkodera wału silnika. Przebiegi kabli enkodera między wzmacniaczem a szafą CNC są zastępowane kablem światłowodowym SSCNET.

MR-J2S-500CP zawiera wbudowaną tabelę punktów do samodzielnego pozycjonowania. Do 31 pozycji docelowych jest przechowywanych we wzmacniaczu i aktywowanych przez polecenia I/O lub CC-Link. Ten wariant nadaje się do zastosowań, w których dedykowany sterownik ruchu nie jest wymagany, a wystarczająca jest prosta funkcja pozycjonowania indeksowanego.

Wszystkie trzy warianty w pełni obsługują 17-bitowy enkoder szeregowy HC-SFS502 i są przystosowane do znamionowego prądu silnika 25 A. HC-SFS502 nie jest kompatybilny z oryginalnymi wzmacniaczami MR-J2-500 (pierwszej generacji, przed J2S), które nie potrafią odczytać formatu enkodera 17-bitowego. W przypadku maszyn z oryginalnym sprzętem MR-J2-500, HC-SF502 (generacja J2, enkoder 14-bitowy) jest odpowiednim silnikiem do pozyskania — nie jest wymagana modernizacja wzmacniacza.

HC-SFS502 w rodzinie HC-SFS 2000 obr./min

HC-SFS502 znajduje się między silnikami 3,5 kW i 7 kW na tym samym kołnierzu 176 × 176 mm, który dzielą wszystkie silniki od 2 kW wzwyż w tym zakresie. W ramach punktu pojemności 502, pełna matryca sufiksów obejmuje każdą kombinację wału i hamulca: wał prosty (HC-SFS502), wał prosty z hamulcem (HC-SFS502B), wał z wpustem (HC-SFS502K) i wał z wpustem z hamulcem (HC-SFS502BK). Wszystkie cztery mają ten sam kołnierz, enkoder i wymagają wzmacniacza MR-J2S-500. Wybór wału i hamulca nie wpływa na wybór wzmacniacza.

HC-SFS502 vs HC-SF502: Który silnik potrzebuje Twoja maszyna?

Wydajność jest identyczna. Montaż jest identyczny. Generacja enkodera i wymaganie wzmacniacza są kluczową różnicą. Sprawdź tabliczkę znamionową wzmacniacza przed zakupem: MR-J2-500 (bez S) oznacza, że HC-SF502 jest odpowiednim silnikiem. MR-J2S-500 oznacza, że oba silniki są kompatybilne, a HC-SFS502 zapewnia wyższą rozdzielczość enkodera.

Typowe zastosowania

Osie stołu X i Y dużych centrów obróbczych CNC. Podstawowe osie posuwu stołu w dużych pionowych i poziomych centrach obróbczych przesuwają znaczące masy obrabianych przedmiotów z ciągłymi prędkościami posuwu podczas cięcia i wysokimi prędkościami posuwu szybkiego. Są to osie poziome — hamulec nie jest wymagany — a wał prosty pasuje do precyzyjnych interfejsów sprzęgieł tarczowych lub mieszkowych stosowanych w wysokowydajnych napędach śrub kulowych. Ciągły moment obrotowy 23,9 Nm HC-SFS502 zapewnia niezbędną moc ciągłego momentu obrotowego dla tych osi bez zbliżania się do granicy termicznej.

Napędy kolumny w centrum obróbczym z ruchomą kolumną. W centrach obróbczych z ruchomą kolumną i typu bramowego, oś napędu kolumny lub poprzecznej belki przesuwa ciężką konstrukcję wzdłuż prowadnic liniowych. Są to osie o dużej bezwładności i wysokiej prędkości posuwu szybkiego, gdzie moc 5 kW jest właściwą specyfikacją dla maszyn średnich i dużych formatów. Szczytowy moment obrotowy 71,6 Nm obsługuje zapotrzebowanie na przyspieszenie; ciągły moment obrotowy 23,9 Nm pokrywa stałe obciążenie podczas przemieszczania między zdarzeniami pozycjonowania.

Napędy obrotu stołu HMC (oś B). Napędy stołu obrotowego osi B poziomych centrów obróbczych, które wykorzystują bezpośrednie sprzężenie między serwomotorem a mechanizmem napędowym ślimakowym lub stołowym, wymagają stałego momentu obrotowego i sprzężenia zwrotnego pozycji o wysokiej rozdzielczości. Prosty wał HC-SFS502 pasuje do konstrukcji sprzęgieł ciernych stosowanych w precyzyjnych jednostkach napędowych osi B, a enkoder 17-bitowy zapewnia rozdzielczość kątową wymaganą do dokładnego indeksowania obróbki wielostronnej.

Napędy osi bramowych i portalowych. Duże systemy obróbcze typu bramowego i portalowe maszyny pomiarowe współrzędnościowe wykorzystują serwonapędy na osi przemieszczania bramy do przesuwania zespołu poprzecznego na długich skokach z dużą prędkością. Łączna bezwładność poprzecznej belki i wszelkich narzędzi jest znacząca; 5 kW zapewnia zdolność przyspieszania i ciągłego przemieszczania bez nadmiernego rozmiaru napędu do przedziału 7 kW.

Napędy przegubów robotów przemysłowych. Główne osie przegubów robotów przemysłowych o dużym udźwigu — osie obrotu talii i ramienia w dużych ramionach 6-osiowych — wykorzystują serwonapędy o średniej bezwładności i średniej mocy w tym zakresie mocy. Są to dobrze kontrolowane, zrównoważone obciążenia na odpowiednio przeciwważonych konstrukcjach robotów, co sprawia, że konfiguracja z prostym wałem bez hamulca jest odpowiednia tam, gdzie konstrukcja mechaniczna zapewnia odpowiednią stabilność osi w spoczynku.

Nowy w pudełku, fabrycznie zapieczętowany

Fabrycznie zapieczętowany oznacza oryginalne opakowanie Mitsubishi z niczym nie naruszonym — karton zewnętrzny, wewnętrzna piankowa podkładka, nasadka ochronna na końcu wału, osłona złącza enkodera i uszczelka złącza zasilania są nienaruszone i w stanie fabrycznym. Brak wcześniejszej instalacji. Brak cykli termicznych z poprzedniego użytkowania. Brak historii obciążenia łożysk do uwzględnienia.

Dla maszyny zatrzymanej i oczekującej na ten silnik, nowy w pudełku eliminuje całkowicie czas naprawy i dostarcza jednostkę w znanym stanie bez zmiennych z poprzedniej obsługi. Dla planowanych zapasów części zamiennych — zwłaszcza tam, gdzie ta moc i konfiguracja pojawia się na wielu osiach w flocie maszyn — zapas fabrycznie zapieczętowany zapewnia spójne, gotowe do uruchomienia jednostki.

Przechowywany w odpowiednich warunkach — stabilne, chłodne, suche środowisko z dala od wibracji i bezpośredniego światła — zapas fabrycznie zapieczętowanych HC-SFS502 utrzymuje pełną specyfikację przez kilka lat. Po pięciu latach przechowywania, powolne obracanie wału przed uruchomieniem pomaga rozprowadzić smar w łożyskach przed oddaniem silnika do użytku.

Często zadawane pytania

P1: Które wzmacniacze są kompatybilne z HC-SFS502?

HC-SFS502 wymaga wzmacniacza klasy MR-J2S-500 z platformy MELSERVO-J2S. Trzy standardowe warianty to MR-J2S-500A (ogólnego przeznaczenia analogowy/impulsowy), MR-J2S-500B (szeregowa magistrala światłowodowa SSCNET dla sterowników ruchu Mitsubishi) i MR-J2S-500CP (wbudowane pozycjonowanie z CC-Link). Wszystkie obsługują 17-bitowy enkoder szeregowy i znamionowy prąd silnika 25 A. HC-SFS502 nie jest kompatybilny z oryginalnymi wzmacniaczami MR-J2-500 ani ze wzmacniaczami MR-J3 / MR-J4.

P2: Jaka jest różnica między HC-SFS502 a HC-SF502?

Oba silniki dostarczają 23,9 Nm ciągłego i 71,6 Nm szczytowego momentu obrotowego na kołnierzu 176 × 176 mm z wałem prostym i bez hamulca — mechanicznie wymienne na powierzchni montażowej. Różnica polega na generacji enkodera: HC-SF502 wykorzystuje enkoder 14-bitowy (16 384 ppr) i jest kompatybilny zarówno ze wzmacniaczami MR-J2-500, jak i MR-J2S-500. HC-SFS502 wykorzystuje enkoder 17-bitowy (131 072 ppr) i wymaga tylko wzmacniaczy MR-J2S-500. Sprawdź model zainstalowanego wzmacniacza przed zakupem. Jeśli pokazuje MR-J2-500 (bez S), odpowiednim silnikiem jest HC-SF502.

P3: Dlaczego HC-SFS502 nie ma hamulca elektromagnetycznego?

HC-SFS502 jest przeznaczony do osi poziomych i napędów, gdzie blokada serwonapędu zapewnia odpowiednie utrzymanie pozycji we wszystkich warunkach zatrzymania. Na tych osiach dodanie hamulca wprowadza okablowanie, sprzęt przekaźnikowy, sekwencjonowanie MBR i złożoność panelu, które nie są potrzebne w zastosowaniu. W przypadku osi przenoszących obciążenie grawitacyjne — kolumny pionowe, nachylone suwaki, niezrównoważone mechanizmy — odpowiednim silnikiem jest HC-SFS502B (wał prosty z hamulcem). Hamulec jest świadomym wyborem projektowym dla bezpieczeństwa osi, a nie opcjonalnym akcesorium; należy go określić tam, gdzie oś go wymaga.

P4: Jak enkoder 17-bitowy porównuje się do enkodera 14-bitowego w starszym HC-SF502?

Enkoder 17-bitowy zapewnia 131 072 pozycji na obrót w porównaniu do 16 384 w urządzeniu 14-bitowym — ośmiokrotny wzrost rozdzielczości. W praktyce pętla prędkości wzmacniacza MR-J2S otrzymuje bardziej precyzyjny sygnał prędkości, co zapewnia wyższą przepustowość sterowania i lepsze tłumienie zakłóceń. Przy niskich prędkościach posuwu, drobniejsze przyrosty kątowe zmniejszają tętnienie prędkości, które w przeciwnym razie pojawiłoby się jako zmienność wykończenia powierzchni. Funkcja absolutna działa identycznie w obu przypadkach; pozycja jest zachowywana między cyklami zasilania dzięki baterii A6BAT we wzmacniaczu.

P5: Czy bateria enkodera absolutnego wymaga okresowej wymiany i gdzie się znajduje?

Tak. Bateria litowa Mitsubishi A6BAT utrzymująca licznik pozycji wieloobrotowej enkodera absolutnego 17-bitowego znajduje się wewnątrz serwowzmacniacza MR-J2S — nie w silniku. Wymień ją, gdy wzmacniacz wyświetli alarm niskiego poziomu baterii. Nie czekaj, aż bateria całkowicie się rozładuje: wyczerpana bateria A6BAT powoduje reset licznika pozycji absolutnej, wymagając cyklu powrotu do punktu odniesienia przed wznowieniem produkcji przez maszynę. W normalnych warunkach pracy bateria A6BAT zazwyczaj działa przez kilka lat, ale czas ten różni się w zależności od temperatury i częstotliwości wyłączania maszyny.