Mitsubishi HC-SFS202BK (HCSFS202BK) — 2kW AC Serwo Silnik, Wał z wpustem + Hamulec, Seria MELSERVO-J2S

Identyfikacja produktu

Numer części: HC-SFS202BK

Szukano również jako: HCSFS202BK, HC-SFS-202BK

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

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

Stan: Nowy w pudełku, fabrycznie zapieczętowany

Przegląd

„Mitsubishi HC-SFS202BK” to bezszczotkowy silnik serwo AC o mocy 2 kW i średniej bezwładności z platformy MELSERVO-J2S, łączący dwie cechy charakterystyczne dla tego konkretnego wariantu: frezowany rowek na wpust na wale napędowym i sprężynowy hamulec elektromagnetyczny. Przy ciągłym momencie obrotowym 9,55 Nm i szczytowym 28,6 Nm, zapewnia zdolność przyspieszania i stabilną moc wyjściową potrzebną dla szerokiego zakresu zastosowań napędowych w obrabiarek i automatyki — osi, które wymagają więcej niż serwo o małej mocy, ale gdzie silnik o mocy 3,5 kW lub większy byłby nadmierny i trudniejszy do uzasadnienia pod względem kosztów i miejsca w szafie sterowniczej.

Dlaczego ta konkretna kombinacja? Wał z wpustem i hamulec odpowiadają na dwa odrębne pytania w projekcie aplikacji, a ten wariant zaspokaja oba jednocześnie. Rowek na wpust zapewnia pozytywne połączenie mechaniczne między wałem a napędzanym elementem — kołem pasowym paska rozrządu, piastą koła zębatego, sprzęgłem śruby kulowej — zapewniając, że ścieżka momentu obrotowego przez interfejs nie zależy wyłącznie od tarcia. Hamulec zapewnia bezpieczne blokowanie osi, które jest obowiązkowe, gdy utrata zasilania serwo oznacza, że obciążenie może poruszać się w niekontrolowanym kierunku.

Dzięki 17-bitowemu absolutnemu enkoderowi szeregowemu z platformy J2-Super, HC-SFS202BK dostarcza 131 072 pozycji na obrót informacji zwrotnej do wzmacniacza MR-J2S. Pętla pozycji działa na podstawie precyzyjnych danych, a funkcja absolutna zachowuje pełną pozycję wieloobrotową między cyklami zasilania — nie jest wymagana sekwencja powrotu do punktu zerowego po żadnym wyłączeniu, zresetowaniu alarmu ani przerwaniu zasilania.

Specyfikacje techniczne

Dwie cechy, dwa rozwiązane problemy

Wał z wpustem

Rowek na wpust to drobny szczegół o znaczących konsekwencjach mechanicznych. W przypadku silnika z prostym wałem, piasta sprzęgła przenosi moment obrotowy poprzez tarcie: obciążenie zaciskowe między otworem piasty a średnicą zewnętrzną wału musi być wystarczająco duże, aby przenosić moment obrotowy szczytowy w najgorszych warunkach pracy — nagłe odwrócenie przy maksymalnym posuwie, awaryjne hamowanie przy szybkim ruchu, obciążenie udarowe od agresywnego cięcia. Jeśli zacisk jest niewystarczający, piasta się ślizga. Poślizg na osi serwo oznacza utratę pozycji, a utrata pozycji w maszynie CNC oznacza zepsute części.

Rowek na wpust w HC-SFS202BK całkowicie zmienia mechanizm przenoszenia momentu obrotowego. Wpust zajmuje dopasowany rowek zarówno w wale, jak i w otworze piasty; pod obciążeniem opiera się na ścinaniu przekroju wpustu. Moment obrotowy przechodzi bezpośrednio przez wpust, niezależnie od jakiegokolwiek wkładu tarcia z zacisku piasty. Dlatego wpusty są standardem w napędach pasków rozrządu, zastosowaniach z kołami łańcuchowymi i wszelkich konstrukcjach sprzęgieł, gdzie obciążenie jest cykliczne, odwracalne lub podlega udarom — zastosowania, w których interfejs oparty wyłącznie na tarciu wymagałby znacznie wyższych sił zaciskowych, aby pozostać niezawodnym przez długi czas.

Jedna uwaga dotycząca instalacji, która dotyczy tej wielkości ramy: zawsze montuj piastę za pomocą gwintowanego otworu na końcu wału, zamiast wciskać lub wbijając piastę na siłę. Ściągacz przechodzący przez gwintowany otwór wciąga piastę prostopadle na wał, nie powodując wstrząsów osiowych. Obciążenia udarowe podczas montażu piasty przechodzą przez wał do tarczy enkodera na końcu silnika i mogą spowodować subtelne uszkodzenie enkodera, które nie wywoła natychmiastowego błędu, ale skraca żywotność enkodera i może powodować przerywane alarmy sprzężenia zwrotnego pod wpływem wibracji.

Sprężynowy hamulec elektromagnetyczny

Hamulec w HC-SFS202BK jest sprężynowy: ciśnienie sprężyny mechanicznej dociska tarczę cierną do płyty hamulcowej, a napięcie 24V DC do cewki utrzymuje ją otwartą, umożliwiając swobodny obrót wału. Odłącz 24V — w dowolnym momencie, z dowolnego powodu — a sprężyna natychmiast się zamknie. Nie jest wymagana logika sterowania, żaden sygnał ze wzmacniacza, żadne opóźnienie. Tak właśnie oznacza „bezpieczny” w tym kontekście: stan domyślny to zablokowany, a zasilanie jest wymagane, aby utrzymać go otwartym.

Dla osi 2kW przenoszącej obciążenie z jakimkolwiek znaczącym komponentem grawitacyjnym — suwak narzędzia pionowego, wysięgnik, oś Z z niezrównoważoną głowicą wrzeciona — ta domyślnie zablokowana charakterystyka jest dokładnie tym, czego wymaga bezpieczna konstrukcja maszyny. Oś utrzymuje pozycję podczas zatrzymania awaryjnego, przerw w zasilaniu, wyłączeń alarmowych i sekwencji konserwacyjnych.

Prawidłowe sekwencjonowanie hamulca poprzez wyjście MBR (blokada hamulca elektromagnetycznego) wzmacniacza MR-J2S jest niezbędne. Sygnał MBR opóźnia załączenie hamulca do momentu, gdy wzmacniacz potwierdzi, że prędkość osi spadła poniżej bezpiecznego progu po hamowaniu. Podłączenie przekaźnika hamulca bezpośrednio do styku zatrzymania awaryjnego — bez blokady MBR w obwodzie — spowoduje zadziałanie sprężyny na obracający się wał. Przy mocy 2kW i szczytowym momencie 28,6 Nm, wynikowe uderzenie przyspiesza zużycie hamulca i może powodować obciążenia udarowe mechanizmu napędowego. Blokada MBR nie jest opcjonalna; tak właśnie hamulec ma być używany.

17-bitowy enkoder: precyzyjne sprzężenie zwrotne przy 2000 obr./min

Ulepszenie enkodera z generacji J2-Super z 14-bitowego (16 384 ppr w serii HC-SF) do 17-bitowego (131 072 ppr w serii HC-SFS) nie było przyrostowe. Osiem razy więcej pozycji na obrót dostarcza zauważalnie drobniejsze dane do każdej części pętli sterowania.

Przy 2000 obr./min — prędkości znamionowej HC-SFS202BK — enkoder przesyła aktualizacje pozycji, które rozdzielają znacznie mniejsze kroki kątowe niż starsze urządzenie 14-bitowe. Wzmacniacz MR-J2S wykorzystuje te dane jednocześnie do trzech celów: szacowania prędkości dla pętli prędkości, obliczania błędu śledzenia dla pętli pozycji i odniesienia fazy komutacji dla wektora prądu. Lepsze dane w każdym obliczeniu oznaczają, że pętle można dostroić do wyższej przepustowości przy zachowaniu stabilności, a wyższa przepustowość oznacza szybszą korektę błędów i lepsze tłumienie zakłóceń podczas cyklu roboczego.

Absolutny licznik wieloobrotowy działa cicho w tle. Wspierany przez baterię litową A6BAT we wzmacniaczu MR-J2S, gromadzi dane o obrocie wału podczas każdego zdarzenia zasilania i przechowuje je bezterminowo, dopóki bateria jest sprawna. Przy następnym włączeniu zasilania — czy to po planowanym nocnym wyłączeniu, odzyskaniu po zatrzymaniu awaryjnym, czy awarii zasilania — oś odczytuje swoją aktualną absolutną pozycję i zgłasza ją kontrolerowi bez żadnego ruchu powrotnego do punktu odniesienia. W przypadku maszyn, które pracują w ciągłych zmianach produkcyjnych lub mają wymagania dotyczące krótkiego czasu ponownego uruchomienia, wyeliminowanie cyklu powrotu do punktu zerowego oszczędza mierzalny czas produkcji w ciągu roku pracy.

Kompatybilność ze wzmacniaczami

HC-SFS202BK współpracuje ze wzmacniaczem klasy MR-J2S-200. Trzy warianty interfejsu obejmują główne architektury systemów stosowane w instalacjach MELSERVO-J2S:

MR-J2S-200A obsługuje analogowe i impulsowe wejścia sterujące — standardowy wybór dla systemów CNC i PLC wykorzystujących sterowanie krokowe/kierunkowe lub analogowe sterowanie prędkością ±10V. Obsługuje tryby sterowania pozycją, prędkością i momentem obrotowym oraz zawiera interfejs RS-232C dla oprogramowania konfiguracyjnego MR Configurator.

MR-J2S-200B łączy się z kontrolerami ruchu Mitsubishi za pomocą magistrali szeregowej światłowodowej SSCNET. W systemach wieloosiowych, gdzie wszystkie osie są koordynowane przez kontroler ruchu serii A lub Q, wzmacniacz typu B odbiera dane trajektorii przez sieć i wykonuje je lokalnie. Magistrala światłowodowa eliminuje okablowanie enkodera między kontrolerem a każdym wzmacniaczem — pętla sprzężenia zwrotnego pozycji wraca przez tę samą sieć.

MR-J2S-200CP zawiera wbudowaną tabelę punktów do samodzielnego pozycjonowania. Do 31 pozycji można zaprogramować bezpośrednio we wzmacniaczu za pomocą MR Configurator, a polecenia I/O wybierają punkty docelowe i inicjują ruchy. Ten wariant nadaje się do maszyn, w których dedykowany kontroler ruchu nie jest konieczny, a prosta funkcja pozycjonowania indeksowanego jest wystarczająca.

HC-SFS202BK nie jest kompatybilny ze wzmacniaczami pierwszej generacji MR-J2-200 (które nie mogą odczytać 17-bitowego enkodera J2S), ani ze wzmacniaczami MR-J3 lub MR-J4, które używają innego interfejsu enkodera. W przypadku maszyn z oryginalnymi wzmacniaczami MR-J2, HC-SF202BK (silnik generacji J2 z 14-bitowym enkoderem) jest odpowiednim zamiennikiem.

Seria HC-SFS 2000 obr./min — gdzie pasuje 202BK

HC-SFS202BK znajduje się na dole zakresu kołnierza 176 × 176 mm — ten sam fizyczny rozstaw montażowy co silniki 352, 502 i 702 powyżej. Ma to znaczenie dla projektantów maszyn planujących ścieżki modernizacji lub utrzymujących projekty ze standardowym kołnierzem dla wielu osi: rozstaw śrub i średnica kołnierza nie zmieniają się między 2kW a 7kW w tej klasie kołnierzy.

Dla każdego punktu mocy, sufiks wariantu wskazuje typ wału i hamulec:

• Brak sufiksu / B = wał prosty / wał prosty z hamulcem
• K / BK = wał z wpustem / wał z wpustem z hamulcem

HC-SFS202BK jest zatem wersją z wałem z wpustem i hamulcem o mocy 2kW — konfiguracja dla osi wymagających obu cech jednocześnie.

Typowe zastosowania

Osi pozycjonowania pomocniczego w centrach obróbczych VMC i HMC. W pionowych i poziomych centrach obróbczych, osie pomocnicze — napędy stołów obrotowych, obrotnice osi B, mechanizmy mocowania palet — często wykorzystują serwo silniki 2kW klasy średniej bezwładności. Wał z wpustem pasuje do bezpośredniego zazębienia z kołami zębatymi lub napędów paskowych, powszechnych w konstrukcjach osi obrotowych; hamulec mechanicznie blokuje oś między pozycjami indeksowania podczas części obróbki cyklu.

Indeksowanie stacji montażu automatycznego. Napędzane serwo stoły obrotowe w automatyce montażowej szybko cyklują przez ustalone pozycje kątowe, zatrzymują się na każdej stacji podczas operacji montażowych, a następnie ponownie indeksują. Hamulec blokuje stół podczas postoju, nie polegając na momencie serwo — a absolutny enkoder potwierdza dokładną pozycję kątową na każdej stacji bez powrotu do punktu zerowego na początku zmiany.

Osi serwo maszyn pakujących. Napędy folii, mechanizmy uszczelniające poprzeczne i osie podawania produktu na liniach pakujących wykorzystują serwo napędy 2kW w ciągłej pracy o wysokiej częstotliwości cykli. Interfejsy pasków rozrządu na tych osiach zazwyczaj wymagają wałów z wpustem na kole napędowym, aby zapobiec obracaniu się piasty koła pod wpływem naprężenia paska. Stopień ochrony IP65 jest odpowiedni dla środowisk mycia, powszechnych w pakowaniu żywności i farmaceutyków.

Napędy przegubów robotów kartezjańskich. Wielooosiowe systemy robotów kartezjańskich i SCARA wykorzystują serwo silniki o średniej mocy na głównych osiach translacji i rotacji. Wał z wpustem pasuje do precyzyjnych sprzęgieł wałowych powszechnych w projektowaniu przegubów robotów; hamulec zapewnia bezpieczne blokowanie pozycji podczas trybu nauczania i sekwencji wyłączania zasilania.

Indeksowanie narzędzi tokarek CNC. Indeksowanie narzędzi napędzane serwo w centrach tokarskich CNC wymaga szybkiego, dokładnego pozycjonowania kątowego, a następnie pewnego mechanicznego blokowania podczas pracy wybranego narzędzia pod siłą skrawania. Przy 9,55 Nm ciągłego i 28,6 Nm szczytowego, HC-SFS202BK obsługuje standardową bezwładność wielopozycyjnych narzędzi i zapewnia moment blokujący potrzebny do przeciwdziałania obciążeniom skrawania między cyklami indeksowania.

Nowy w pudełku, fabrycznie zapieczętowany

Ten HC-SFS202BK jest dostarczany w oryginalnym opakowaniu Mitsubishi — zewnętrzne karton zapieczętowany, wewnętrzne opakowanie piankowe nienaruszone, nasadka ochronna na końcu wału i wszystkie osłony złączy na miejscu. Fabrycznie zapieczętowany oznacza brak wcześniejszej instalacji, brak nagromadzonej historii termicznej w uzwojeniach, brak zużycia łożysk z poprzedniego użytkowania. Uszczelka olejowa na przejściu wału i ochrona obudowy IP65 są w stanie fabrycznym.

Dla maszyn produkcyjnych oczekujących na tę część w celu wznowienia pracy, nowy zapas w pudełku oznacza natychmiastową wysyłkę zamiast czasu naprawy. W przypadku zapasów planowanych do konserwacji, fabrycznie zapieczętowane jednostki przechowują się niezawodnie w odpowiednich warunkach — stabilna temperatura, niska wilgotność, brak wibracji — przez wiele lat. Po pięciu latach przechowywania, powolne ręczne obracanie wału jako część kontroli przedinstalacyjnej pomaga rozprowadzić smar w łożyskach przed pierwszym włączeniem zasilania.

Często zadawane pytania

P1: Które wzmacniacze są kompatybilne z HC-SFS202BK?

HC-SFS202BK wymaga wzmacniacza klasy MR-J2S-200 z platformy MELSERVO-J2S. Trzy główne warianty to MR-J2S-200A (uniwersalne sterowanie analogowe/impulsowe), MR-J2S-200B (magistrala światłowodowa SSCNET dla kontrolerów ruchu Mitsubishi) i MR-J2S-200CP (wbudowana funkcja pozycjonowania). Wszystkie obsługują 17-bitowy enkoder szeregowy. Ten silnik nie jest kompatybilny z oryginalnymi wzmacniaczami MR-J2-200 ani ze wzmacniaczami MR-J3 / MR-J4.

P2: Jaka jest różnica między HC-SFS202BK a HC-SFS202B?

Oba silniki są identyczne pod względem wszystkich specyfikacji — 2kW, 9,55 Nm znamionowy, 28,6 Nm szczytowy, 17-bitowy enkoder, kołnierz 176 × 176 mm, te same wymagania dotyczące wzmacniacza, ta sama ocena IP65. Jedyna różnica to wał. HC-SFS202B ma prosty wał prosty do sprzęgieł zaciskowych. HC-SFS202BK ma frezowany rowek na wpust do pozytywnego przenoszenia momentu obrotowego za pomocą wpustu i piasty. Wybór zależy wyłącznie od interfejsu sprzęgła wymaganego przez mechanizm napędzany.

P3: Czy hamulec elektromagnetyczny jest wystarczająco mocny, aby utrzymać oś pod obciążeniem grawitacyjnym?

Hamulec jest zabezpieczającym urządzeniem blokującym, przeznaczonym do utrzymywania wału silnika w miejscu pod wpływem statycznego obciążenia osi w spoczynku — pod warunkiem, że niezrównoważony moment grawitacyjny na wale silnika nie przekracza około 70% momentu znamionowego silnika (około 6,7 Nm dla tego silnika). Ten próg wynika z opublikowanych wytycznych Mitsubishi dla zastosowań osi pionowych. W przypadku obciążeń generujących większy niezrównoważony moment obrotowy, należy stosować dodatkowe przeciwwagi obok hamulca, zamiast polegać wyłącznie na hamulcu.

P4: Jakiej baterii wymaga 17-bitowy enkoder i gdzie jest zainstalowana?

Absolutny enkoder zachowuje pozycję wieloobrotową po wyłączeniu zasilania za pomocą baterii litowej Mitsubishi A6BAT, która jest zainstalowana wewnątrz wzmacniacza serwo MR-J2S — nie w silniku. Sprawna bateria przechowuje absolutną pozycję bezterminowo podczas każdej przerwy w zasilaniu, eliminując cykle powrotu do punktu zerowego po ponownym uruchomieniu. Gdy wzmacniacz wyświetli alarm niskiego poziomu baterii, wymień A6BAT podczas następnego planowanego okna konserwacyjnego, zanim pełne rozładowanie spowoduje utratę absolutnej pozycji.

P5: Czy HC-SFS202BK może zastąpić HC-SFS152BK, jeśli potrzebny jest silnik o większej mocy?

Oba silniki wykorzystują tę samą platformę wzmacniacza MR-J2S i posiadają 17-bitowy absolutny enkoder, ale wymagają różnych ocen wzmacniacza — HC-SFS152BK współpracuje z MR-J2S-200 (który obejmuje również 202), podczas gdy modernizacja mocy oznacza potwierdzenie, że istniejący wzmacniacz może obsłużyć znamionowy prąd silnika 2kW. Co ważniejsze, wymiana silnika 1,5kW na silnik 2kW zmienia również rozmiar kołnierza z 176 mm na 130 mm w HC-SFS152BK — te nie są tego samego rozmiaru kołnierza. 202BK używa kołnierza 176 × 176 mm; 152BK używa kołnierza 130 × 130 mm. Wymiana silnika między tymi dwoma punktami mocy wymaga zmian w płycie montażowej silnika, a nie tylko parametrów wzmacniacza.