Jeden nowy silnik serwo Mitsubishi HC-SF502 HCSF502 HC-SF502 nowy w pudełku fabrycznie zapakowany

Mitsubishi HC-SF502 (HCSF502) — 5kW AC Serwomotor, Prosty Wał, Bez Hamulca, Seria MELSERVO J2

Identyfikacja produktu

Numer części: HC-SF502

Szukane również jako: HCSF502, HC-SF-502

Seria: Mitsubishi MELSERVO HC-SF (Generacja J2)

Typ silnika: Bezszczotkowy serwomotor AC — Prosty wał, bez hamulca, 2000 obr./min

Stan: Nowy w pudełku, fabrycznie zapakowany

Przegląd

Mitsubishi HC-SF502 to silnik o mocy 5kW z prostym wałem i bez hamulca z oryginalnej rodziny MELSERVO J2 HC-SF — serwomotor AC bezszczotkowy o średniej bezwładności, o mocy znamionowej 2000 obr./min, ciągłym momencie obrotowym 23,9 Nm i szczytowym 71,6 Nm. Zajmuje drugie co do wielkości miejsce pod względem mocy w zakresie 2000 obr./min serii HC-SF, znajdując się między HC-SF352 o mocy 3,5 kW a HC-SF702 o najwyższej mocy, i pokrywa wymagania osi, które znajdują się wyraźnie powyżej średniej mocy, nie wymagając przy tym infrastruktury elektrycznej systemu 7kW.

Prosty wał, bez hamulca. Dwa wybory specyfikacji, oba celowe. Prosty wał pasuje do konstrukcji sprzęgieł ciernych i dzielonych, standardowych w wysokowydajnych napędach śrub kulowych osi CNC i mechanizmach sprzężonych bezpośrednio. Brak hamulca odzwierciedla projekt aplikacji, w której obciążenie jest podparte poziomo, grawitacja nie działa w kierunku obrotu wału, a utrzymanie pozycji w spoczynku pochodzi z blokady serwo wzmacniacza, a nie z mechanicznego urządzenia sprężynowego. Brak hamulca oznacza brak przekaźnika, brak sekwencjonowania MBR, brak okablowania cewki hamulca i brak dodatkowego obciążenia panelu na osi, która tego nie potrzebuje.

Jako silnik J2 pierwszej generacji, HC-SF502 posiada 14-bitowy absolutny enkoder szeregowy o rozdzielczości 16384 impulsów/obrót i jest kompatybilny zarówno z oryginalnymi wzmacniaczami MR-J2-500, jak i z późniejszą platformą MR-J2S-500. Ta dwugeneracyjna kompatybilność jest praktyczną, definiującą zaletą HC-SF502: dla dużej zainstalowanej bazy maszyn produkcyjnych działających na sprzęcie MR-J2-500, jest to jedyny silnik 5kW z prostym wałem i bez hamulca, który może zastąpić oryginał bez konieczności jednoczesnej modernizacji wzmacniacza.

Specyfikacje techniczne

5kW i 23,9 Nm: Oś wymagająca tej mocy

HC-SF502 istnieje, ponieważ niektóre osie maszyn faktycznie potrzebują więcej niż 3,5 kW i nie potrzebują 7 kW. Różnica między tymi dwoma punktami mocy jest większa, niż wygląda na papierze. HC-SF352 dostarcza 16,7 Nm w sposób ciągły; HC-SF502 dostarcza 23,9 Nm. Jest to 43% wzrost ciągłego momentu obrotowego na wale — wystarczający, aby określić, czy oś mieści się w swoim budżecie termicznym podczas zmiany produkcyjnej, czy zbliża się do przeciążenia.

Co powoduje, że oś wpada w tę lukę? Ciągłe ciężkie cięcie. Duża masa obrabianego przedmiotu i mocowania na stole zasilanym śrubą kulową. Wysokie wymagania dotyczące szybkiego posuwu w połączeniu z częstymi cyklami przyspieszania, w których chwilowe zapotrzebowanie na moment obrotowy jest stale wysokie. Mechanizm transportowy cyklujący w tempie produkcyjnym pod znacznym obciążeniem. Każda z tych sytuacji, a analiza cyklu pracy poprzedzająca wybór silnika, pokaże, że silnik 3,5 kW pracuje na granicy termicznej, podczas gdy silnik 5 kW pracuje w jej granicach.

Szczytowy moment obrotowy 71,6 Nm — trzykrotność wartości ciągłej — to zasób przyspieszenia wzmacniacza. Szybkie przemieszczenie obciążonego stołu maszyny z miejsca do prędkości szybkiego posuwu w jak najkrótszym czasie wymaga znacznie większego momentu obrotowego niż utrzymanie prędkości posuwu podczas cięcia. Szczytowy moment obrotowy 71,6 Nm pokrywa to zapotrzebowanie, a silnik powraca do ciągłego obszaru pracy po zakończeniu ruchu szybkiego i rozpoczęciu operacji cięcia. Jest to profil pracy, do którego zaprojektowano HC-SF502: krótkie, wysokie chwilowe momenty obrotowe otaczające ciągłą pracę znacznie poniżej mocy znamionowej.

Zapotrzebowanie na moc 7,5 kVA to elektryczny ślad systemu. Projekt panelu, wymiarowanie kabli, zabezpieczenia i wybór styczników opierają się na tej liczbie, a także na prądzie znamionowym 25A. Dla osi z częstymi, wysokoenergetycznymi zdarzeniami hamowania — ciężkie osie stołowe zatrzymujące się z maksymalnej prędkości szybkiego posuwu — funkcja regeneracyjna wzmacniacza MR-J2 lub MR-J2S-500 zwraca energię hamowania do magistrali DC, a pojemność rezystora regeneracyjnego powinna być potwierdzona jako część projektu systemu.

Prosty wał: Konstrukcja sprzęgła przy 5kW

Piasta sprzęgła ciernego na prostym wale HC-SF502 musi być dobrana, określona i zainstalowana dla szczytowego momentu obrotowego — 71,6 Nm — a nie dla momentu obrotowego ciągłego. Na osi serwo, najgorsze chwilowe zapotrzebowanie na moment obrotowy występuje podczas przejściowych stanów przyspieszania i hamowania, a mogą one występować wielokrotnie w ciągu zmiany produkcyjnej. Sprzęgło, które odpowiednio radzi sobie z obciążeniem ciągłym 23,9 Nm, ale jest marginalne przy 71,6 Nm, ostatecznie ześlizgnie się podczas agresywnego cyklu szybkiego posuwu.

Poślizg na osi CNC 5kW nie jest drobnym zdarzeniem. Utrata pozycji na stole dużego centrum obróbczego oznacza co najmniej błędy wymiarowe na obrabianym przedmiocie. Co gorsza, na maszynie z aktywnym monitorowaniem pętli pozycji, zdarzenie poślizgu powoduje alarm błędu śledzenia i zatrzymanie awaryjne — zatrzymanie produkcji w sposób trudny do zdiagnozowania bez dokładnej inspekcji interfejsu wał-sprzęgło.

Proces wyboru zaczyna się od szczytowego momentu obrotowego. Sprzęgło musi być przystosowane do przenoszenia 71,6 Nm przy współczynniku serwisowym odpowiednim dla obciążenia serwo z odwracaniem kierunku. Średnica otworu piasty i tolerancja, wykończenie zewnętrznej średnicy wału i moment dokręcania śrub mocujących przyczyniają się do ostatecznej osiągalnej siły zacisku. Niedostateczne spełnienie któregokolwiek z tych wymagań zmniejsza dostępny moment cierny na styku.

W przypadku zastosowań, w których konstrukcja sprzęgła napędzanego mechanizmu obejmuje wpust — koła pasowe rozrządu, piasty kół zębatych, napędy łańcuchowe lub dowolny interfejs wymagający połączenia wpust-piasta — HC-SF502K (wał z wpustem, bez hamulca) jest wariantem równoległym. HC-SF502 jest przeznaczony do interfejsów sprzęgieł ciernych, gdzie gładka zewnętrzna średnica wału jest właściwym interfejsem.

Wskazówki dotyczące montażu piasty: użyj gwintowanego otworu na końcu wału, aby osiowo wciągnąć piastę na wał za pomocą śruby ciągnącej, podkładki i nakrętki opartych o czoło piasty. Nie uderzaj ani nie wciskaj piasty na wał. Przy tym rozmiarze ramy i masie silnika, uderzenie osiowe podczas montażu piasty przenosi się przez wał na tarczę enkodera i zespół łożyska z tyłu silnika. Rezultatem jest uszkodzenie enkodera, które rzadko powoduje natychmiastową awarię — pojawia się tygodnie lub miesiące później jako sporadyczne alarmy enkodera pod wpływem wibracji, które są niezwykle trudne do prześledzenia do ich źródła. Metoda śruby ciągnącej dodaje trzydzieści sekund do instalacji i całkowicie eliminuje ten tryb awarii.

Bez hamulca: Kiedy blokada serwo jest wystarczająca

HC-SF502 utrzymuje pozycję osi w spoczynku dzięki funkcji blokady serwo w pętli zamkniętej wzmacniacza. Pętla pozycji pozostaje aktywna, stale monitorując enkoder i dostarcza prąd korygujący w celu utrzymania zerowego błędu śledzenia. Dla osi poziomych, gdzie żadna siła netto nie działa w kierunku obrotu wału, gdy serwo jest w stanie zatrzymania, jest to niezawodne, dokładne i wystarczające.

Dodanie hamulca do tej osi nie przyniosłoby żadnej funkcjonalnej poprawy jakości utrzymania pozycji. Dodałoby to okablowanie cewki hamulca 24V DC, przekaźnik i tłumik przepięć w panelu sterowania, obwód wyjściowy blokady MBR w logice bezpieczeństwa maszyny, wymóg sekwencjonowania hamulca w procedurze uruchomienia osi oraz okresową inspekcję powierzchni ciernej tarczy hamulca jako część konserwacji zapobiegawczej. Żaden z tych dodatkowych elementów nie przekłada się na żadne korzyści operacyjne na osi, gdzie obciążenie pozostaje nieruchome, gdy serwo jest w stanie zatrzymania.

Obliczenia zmieniają się na osiach, gdzie grawitacja lub nierównowaga obciążenia działają w kierunku obrotu wału po odłączeniu prądu serwo. Pionowa kolumna Z przenosząca głowicę wrzeciona, oś pochyła, mechanizm wahadłowy obciążony grawitacyjnie — te osie należą do HC-SF502B (prosty wał z hamulcem sprężynowym). Hamulec jest urządzeniem krytycznym dla bezpieczeństwa na tych osiach, a nie ulepszeniem; jego brak byłby błędem projektowym maszyny.

Dla maszyny z wieloma osiami 5kW, prawidłowe zidentyfikowanie, które osie wymagają hamulca, a które nie, prowadzi do najprostszego, najbardziej łatwego w utrzymaniu projektu elektrycznego. HC-SF502 jest właściwym wyborem dla każdej osi 5kW w maszynie, gdzie analiza obciążenia potwierdza, że blokada hamulca nie jest potrzebna.

Enkoder generacji J2: Możliwości i zaleta kompatybilności

HC-SF502 wykorzystuje 14-bitowy absolutny enkoder szeregowy o rozdzielczości 16384 impulsów na obrót, standardowe urządzenie sprzężenia zwrotnego w całej oryginalnej rodzinie J2 HC-SF. Absolutny szeregowy oznacza, że enkoder przesyła cyfrowe słowo pozycji do wzmacniacza w każdym okresie próbkowania — a nie analogowe sygnały sinusoidalne/cosinusoidalne — i utrzymuje wieloobrotowy licznik absolutny po wyłączeniu zasilania dzięki zapasowemu zasilaniu bateryjnemu we wzmacniaczu serwo.

Dla zastosowań, do których zaprojektowano HC-SF502 — osie posuwowe obrabiarek CNC, duże napędy transferowe i osie automatyki przemysłowej w przedziale mocy 5kW — rozdzielczość 14-bitowa jest w pełni wystarczająca. Tolerancje pozycjonowania obrabiarek, limity błędów śledzenia i jakość sterowania prędkością na tych osiach są określane przez wiele czynników, z których jednym jest rozdzielczość enkodera. Wartość 16384 impulsów/obrót jest więcej niż wystarczająca dla zdecydowanej większości wymagań osi generacji J2 i J2S na tym poziomie mocy.

Bateria litowa A6BAT we wzmacniaczu serwo utrzymuje wieloobrotowy licznik absolutny podczas wszelkich przerw w zasilaniu — nocne wyłączenie, wyłączenie alarmowe, zatrzymanie awaryjne lub awaria zasilania. Ponowne uruchomienie maszyny po którymkolwiek z tych zdarzeń przywraca absolutną pozycję osi bez cyklu powrotu do punktu odniesienia. Bateria znajduje się we wzmacniaczu, a nie w silniku, i jest wymieniana we wzmacniaczu podczas planowej konserwacji. Wymień ją przy pierwszym alarmie niskiego poziomu baterii ze wzmacniacza; całkowicie rozładowana bateria A6BAT oznacza utratę licznika absolutnego i konieczność wykonania cyklu powrotu do punktu odniesienia przed wznowieniem produkcji.

Dwugeneracyjna kompatybilność wzmacniaczy jest najważniejszą praktyczną cechą HC-SF502. Ponieważ 14-bitowy enkoder J2 poprzedza platformę J2S, jest on czytelny przez obie generacje wzmacniaczy bez żadnych zmian ustawień parametrów lub adaptacji sprzętowych:

• MR-J2-500A / MR-J2-500B — Oryginalne wzmacniacze J2. Pełna kompatybilność.
• MR-J2S-500A / MR-J2S-500B / MR-J2S-500CP — Wzmacniacze J2-Super. W pełni kompatybilne wstecznie.

HC-SFS502 (17-bitowy enkoder J2S) działa tylko ze wzmacniaczami MR-J2S-500 — podłączenie go do oryginalnego wzmacniacza MR-J2-500 powoduje błąd protokołu enkodera i oś nie będzie działać. HC-SF502 nie ma takiego ograniczenia. Dla znacznej liczby maszyn zbudowanych w erze J2 ze wzmacniaczami MR-J2-500 nadal w użyciu, HC-SF502 jest właściwym i jedynym prawidłowym celem zakupu dla zamiennika silnika typu "jeden do jednego".

HC-SF502 vs HC-SFS502: Decyzja o zakupie

Wyjście mechaniczne jest identyczne. Montaż jest identyczny. Jedno sprawdzenie określa prawidłowy wybór zakupu: odczytaj tabliczkę znamionową wzmacniacza w maszynie. MR-J2-500 (bez S) — kup HC-SF502, nie jest potrzebna zmiana wzmacniacza. MR-J2S-500 — oba silniki są kompatybilne; HC-SFS502 oferuje wyższą rozdzielczość enkodera, HC-SF502 jest w pełni prawidłową alternatywą, gdy rozdzielczość J2S nie jest wymogiem napędowym.

Rodzina HC-SF 2000 obr./min — 5kW w zakresie

HC-SF502 dzieli kołnierz 176 × 176 mm z każdym silnikiem od 2kW do 7kW w zakresie 2000 obr./min HC-SF. W ramach każdego punktu mocy, pełna matryca sufiksów obejmuje wszystkie kombinacje wałów i hamulców: brak sufiksu (prosty, bez hamulca), B (prosty z hamulcem), K (z wpustem, bez hamulca) i BK (z wpustem z hamulcem). Wszystkie cztery mają ten sam kołnierz, protokół enkodera i kompatybilność wzmacniaczy. Typ wału i obecność hamulca nie wpływają na wybór wzmacniacza w żadnym punkcie mocy.

Typowe zastosowania

Główne osie posuwowe dużych centrów obróbczych CNC. Osie stołu X i Y dużych pionowych i poziomych centrów obróbczych, przesuwające znaczące zespoły obrabianych przedmiotów i mocowań, są definiującym zastosowaniem dla HC-SF502. Są to osie poziome — hamulec nie jest potrzebny — o mocy 5kW. Ciągłe zapotrzebowanie na moment obrotowy podczas cięcia na dużym stole VMC, pracującym w ciężkich warunkach, może łatwo przekroczyć to, co 3,5 kW obsługuje komfortowo. Ciągły moment obrotowy 23,9 Nm HC-SF502 zapewnia niezbędny zapas termiczny.

Napędy wahadłowe palet HMC. Wymieniacze palet poziomych centrów obróbczych przenoszą załadowane palety między pozycją obróbki a stacją ustawień. Masa palet w średnich i dużych HMC może osiągać kilkaset kilogramów, a wahadło musi cyklicznie pracować w tempie produkcyjnym. Ciągły moment obrotowy 23,9 Nm i szczytowy moment obrotowy 71,6 Nm HC-SF502 obsługują ciągłe obciążenie transferowe i moment obrotowy przyspieszenia bez zbliżania się do limitów termicznych.

Osie centrów obróbczych z ruchomą kolumną i mostem. W centrach obróbczych z ruchomą kolumną, oś ruchu kolumny przesuwa duży, ciężki odlew konstrukcyjny po prowadnicach liniowych na długich skokach. Połączenie dużej bezwładności i dużej prędkości szybkiego posuwu sprawia, że jest to zastosowanie 5kW w maszynach średniego formatu, a interfejs sprzęgła z prostym wałem pasuje do konstrukcji sprzęgieł o wysokiej sztywności stosowanych na tych osiach.

Napędy karetki osi Z dużych tokarek CNC. Napędy karetki osi Z ciężkich tokarek CNC, przesuwające dużą wieżyczkę i zespół karetki pod ciągłym obciążeniem cięcia, wymagają mocy 5kW do utrzymania stałej prędkości cięcia podczas operacji głębokiego toczenia. Prosty wał pasuje do konstrukcji sprzęgieł stosowanych między serwosilnikiem a śrubą kulową na dużych osiach Z tokarek.

Konserwacja i wymiana maszyn z ery J2. Być może najbardziej bezpośrednie zastosowanie: maszyna produkcyjna aktualnie zatrzymana z powodu awarii lub zużycia HC-SF502, z zainstalowanymi wzmacniaczami MR-J2-500. Nowy HC-SF502 w pudełku zastępuje oryginalny silnik bezpośrednio, przywracając pełną funkcjonalność osi bez konieczności zmiany wzmacniacza, przeprojektowania parametrów lub dodatkowej złożoności uruchomienia. Dla zespołów konserwacyjnych zarządzających flotami maszyn z ery J2, dostępność nowego w pudełku w tej mocy jest natychmiastowym rozwiązaniem przywracającym produkcję.

Nowy w pudełku, fabrycznie zapakowany

Fabrycznie zapakowany oznacza oryginalne opakowanie Mitsubishi ze wszystkimi elementami ochronnymi nienaruszonymi — karton zewnętrzny nienaruszony, wewnętrzne wsparcie piankowe na miejscu, zainstalowana nasadka ochronna na końcu wału, pokryte porty złącza enkodera i zasilania oraz stan uszczelki olejowej zgodny z produkcją. Brak wcześniejszej instalacji, brak historii termicznej, brak obciążenia łożyska z poprzedniej eksploatacji. Przy wadze typowej dla klasy ramy HC-SF 5kW, silnik jest wysyłany w opakowaniu dostosowanym do jego masy, chroniącym wał, uszczelkę olejową i zespół enkodera podczas transportu.

Dla maszyny aktualnie zatrzymanej w oczekiwaniu na ten silnik, nowy w pudełku skraca czas naprawy i dostarcza jednostkę o znanym stanie, bez zmiennych z poprzednich zdarzeń serwisowych. Dla zapasów konserwacji planowej w operacjach wielomaszynowych, gdzie ta moc występuje na kilku osiach, fabrycznie zapakowany zapas zapewnia spójne, bezpośrednio możliwe do uruchomienia jednostki.

Przechowywany w stabilnych warunkach temperatury i niskiej wilgotności, z dala od wibracji, fabrycznie zapakowany zapas HC-SF502 utrzymuje pełną specyfikację przez wiele lat. Po pięciu latach przechowywania, powolne obracanie wału przed uruchomieniem jako część inspekcji instalacyjnej pomaga rozprowadzić smar w łożyskach przed pierwszym włączeniem zasilania.

Często zadawane pytania

P1: Które wzmacniacze są kompatybilne z HC-SF502?

HC-SF502 jest kompatybilny zarówno ze wzmacniaczami generacji J2, jak i J2-Super w klasie 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 czytelny przez obie platformy bez modyfikacji. HC-SF502 nie jest kompatybilny ze wzmacniaczami MR-J3 ani MR-J4, które używają innego interfejsu enkodera.

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

Oba silniki dostarczają 23,9 Nm w sposób ciągły i 71,6 Nm szczytowo na kołnierzu 176 × 176 mm z prostym wałem i bez hamulca — mechanicznie wymienne na powierzchni montażowej. Różnica polega na generacji enkodera: HC-SF502 używa 14-bitowego enkodera (16384 impulsów/obrót) i działa ze wzmacniaczami MR-J2 i MR-J2S. HC-SFS502 używa 17-bitowego enkodera (131072 impulsów/obrót) i wymaga tylko wzmacniaczy MR-J2S. Jeśli maszyna działa na oryginalnych wzmacniaczach MR-J2-500, kup HC-SF502. Jeśli działa na MR-J2S-500, oba silniki są kompatybilne.

P3: Dlaczego HC-SF502 nie ma hamulca elektromagnetycznego?

HC-SF502 jest przeznaczony do osi poziomych i napędów, gdzie blokada serwo wzmacniacza zapewnia wystarczające utrzymanie pozycji we wszystkich warunkach zatrzymania. Na tych osiach dodanie hamulca wprowadza okablowanie przekaźnika, wymogi sekwencjonowania MBR i komponenty panelu, które nie pełnią żadnej funkcjonalnej roli. Dla osi, gdzie grawitacja lub nierównowaga obciążenia działają w kierunku obrotu wału po wyłączeniu serwo — pionowe kolumny Z, pochyłe suwaki, obciążenia niezrównoważone — właściwym silnikiem jest HC-SF502B (prosty wał z hamulcem sprężynowym). Specyfikacja bez hamulca jest wyborem inżynieryjnym, a nie redukcją kosztów.

P4: Gdzie jest bateria enkodera absolutnego i co się stanie, jeśli się wyczerpie?

Bateria litowa Mitsubishi A6BAT podtrzymująca wieloobrotowy licznik pozycji 14-bitowego enkodera absolutnego znajduje się wewnątrz wzmacniacza serwo — nie w silniku. Utrzymuje ona absolutną pozycję podczas wszelkich przerw w zasilaniu, dopóki pozostaje naładowana. Wymień A6BAT, gdy wzmacniacz wyświetli alarm niskiego poziomu baterii. Jeśli bateria całkowicie się wyczerpie, wieloobrotowy licznik pozycji zostanie zresetowany do zera, a maszyna będzie wymagała cyklu powrotu do punktu odniesienia przed wznowieniem produkcji. W normalnych warunkach A6BAT działa przez kilka lat, ale interwał wymiany zależy od temperatury otoczenia i częstotliwości wyłączania maszyny.

P5: Czy HC-SF502 może zastąpić HC-SF502B, jeśli wariant z hamulcem jest niedostępny?

Mechanicznie silniki mają ten sam kołnierz i wał, ale nie są wymienne bez ponownej oceny projektu bezpieczeństwa osi. HC-SF502B ma sprężynowy hamulec bezpieczeństwa; HC-SF502 go nie ma. Jeśli projekt bezpieczeństwa maszyny wymaga mechanicznego utrzymania pozycji na tej osi — ponieważ jest to oś pionowa, przenosi obciążenie grawitacyjne lub ocena ryzyka maszyny wymagała hamulca — zastąpienie HC-SF502 bez hamulca usuwa funkcję bezpieczeństwa. Takie zastąpienie powinno nastąpić dopiero po formalnym przeglądzie wymagań bezpieczeństwa osi, który potwierdzi, że zmiana jest akceptowalna. W przypadku wymiany silnika z sufiksem B na taki sam, należy kupić wariant z sufiksem B.