Mitsubishi HC-SFS301B (HCSFS301B) — Serwomotor AC 3kW, Wał Prosty + Hamulec, 1000 obr./min, Seria MELSERVO-J2S

Identyfikacja Produktu

Numer części: HC-SFS301B

Szukano również jako: HCSFS301B, HC-SFS-301B

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

Typ silnika: Serwomotor AC bezszczotkowy — Wał prosty z hamulcem elektromagnetycznym, 1000 obr./min

Stan: Nowy w pudełku, fabrycznie zapieczętowany

Historia momentu obrotowego: 3kW przy 1000 obr./min

Większość serwomotorów optymalizuje pod kątem prędkości. HC-SFS301B jest zbudowany wokół innego priorytetu: stałego momentu obrotowego przy niskiej prędkości wału. Trzy kilowaty mocy przekazywane przez uzwojenie 1000 obr./min generują 28,6 Nm ciągłego momentu obrotowego — dwukrotnie więcej niż silnik 3kW o znamionowej prędkości 2000 obr./min dostarczyłby na swoim wale. Nie jest potrzebna przekładnia, aby osiągnąć tę wartość. Żaden pośredni stopień redukcji nie dodaje luzu, interwałów konserwacji ani złożoności mechanicznej do układu napędowego.

To jest główny powód, dla którego inżynierowie wybierają ten silnik. Tam, gdzie zastosowanie wymaga znacznego momentu obrotowego w sposób ciągły przy niskiej prędkości wału — bezpośrednio sprzężone napędy stołów obrotowych, wolne mechanizmy przenoszenia palet, osie nawijania pracujące pod stałym obciążeniem naprężenia — profil 1000 obr./min, wysoki moment obrotowy rozwiązuje problem bez dodatkowego sprzętu do przenoszenia mocy między silnikiem a obciążeniem.

85,9 Nm momentu szczytowego zapewnia zapas momentu obrotowego do przyspieszania. Poruszenie obciążenia o dużej bezwładności od spoczynku do prędkości znamionowej i czyste zatrzymanie wymaga znacznie większego momentu obrotowego niż utrzymanie stałej prędkości. Ten trzykrotny stosunek momentu szczytowego do znamionowego pozwala HC-SFS301B napędzać ciężkie obciążenia podczas ostrych cykli start-stop, pozostając w ramach ciągłego znamionowego obciążenia cieplnego w części roboczej każdego cyklu.

"B" oznacza wariant z hamulcem elektromagnetycznym. Silnik jest dostarczany z zamontowanym hamulcem sprężynowym i wałkiem prostym do interfejsów sprzęgających zaciskowych. Jest to konfiguracja dla zastosowań wymagających zarówno mechanicznego blokowania awaryjnego, jak i prostego projektu sprzęgła wału.

Specyfikacje techniczne

Platforma J2-Super: Co zmienia enkoder 17-bitowy

Rodzina HC-SFS jest następcą J2-Super oryginalnej serii HC-SF. Wymiary fizyczne są takie same; enkoder nie. HC-SFS301B posiada enkoder absolutny szeregowy 17-bitowy — 131 072 pozycji na obrót — w porównaniu do urządzenia 14-bitowego (16 384 ppr) w HC-SF301B. Różnica między nimi nie jest marginalna: 131 072 w porównaniu do 16 384 to ośmiokrotny wzrost rozdzielczości.

Przy 1000 obr./min wysoka rozdzielczość enkodera zyskuje na wartości w specyficzny sposób. Wolne osie serwo są najtrudniejsze do płynnego działania z punktu widzenia kontroli prędkości. Wzmacniacz oblicza prędkość na podstawie kolejnych próbek pozycji enkodera pobieranych w stałym interwale czasowym. Przy 16 384 pozycjach na obrót, każda próbka obejmuje stosunkowo duży krok kątowy przy niskiej prędkości, a szacowanie prędkości zawiera więcej szumów ziarnistości. Przy dostępnych 131 072 pozycjach to samo obliczenie rozstrzyga znacznie drobniejsze przyrosty kątowe, dając pętli prędkości czystszy sygnał prędkości do pracy. Rezultatem jest zauważalnie płynniejszy obrót przy niskich prędkościach posuwu — mniej tętnień w przebiegu prędkości, lepsza jednorodność momentu obrotowego na wale i poprawione wykończenie powierzchni w zastosowaniach takich jak szlifowanie lub wolne cięcia konturowe.

Funkcja absolutna przechowuje pozycję wieloobrotową w enkoderze i zachowuje ją po utracie zasilania, wspierana przez baterię litową A6BAT znajdującą się wewnątrz wzmacniacza MR-J2S. Z perspektywy maszyny przerwa w zasilaniu jest niewidoczna dla systemu pozycjonowania. Ponowne uruchomienie po jakimkolwiek zdarzeniu zasilania — planowe wyłączenie, odzyskiwanie po E-stop, reset alarmu — odbywa się bez cyklu powrotu do punktu odniesienia. Oś po prostu uruchamia się w ostatniej znanej pozycji absolutnej.

Jedna ważna różnica w stosunku do HC-SF301B: 17-bitowy enkoder HC-SFS301B wymaga platformy wzmacniacza MR-J2S. Nie jest wstecznie kompatybilny ze wzmacniaczami MR-J2 pierwszej generacji. Jeśli maszyna obecnie działa na sprzęcie MR-J2 (bez sufiksu S), HC-SF301B jest odpowiednim silnikiem do pozyskania. Jeśli wzmacniacze to MR-J2S, HC-SFS301B jest idealnym dopasowaniem — i lepiej działającym.

Hamulec elektromagnetyczny o tej mocy

Hamulce sprężynowe stają się coraz ważniejsze wraz ze wzrostem momentu obrotowego. Przy znamionowym momencie obrotowym 28,6 Nm, oś przenosząca obciążenie o wysokim momencie obrotowym — załadowany stół obrotowy, ciężka część zawieszona na osi Z — wywiera ten moment obrotowy w dowolnym kierunku, w którym grawitacja lub nierównowaga obciążenia dyktuje w momencie, gdy prąd serwo spada do zera. Na maszynie bez blokady hamulca, pierwszy E-stop lub zdarzenie zasilania może pozwolić na znaczny niekontrolowany ruch, zanim hamulec dynamiczny we wzmacniaczu zatrzyma wał.

Hamulec sprężynowy HC-SFS301B eliminuje tę niepewność. Gdy obecne jest napięcie 24V DC, cewka trzyma tarczę hamulcową z dala, a wał obraca się swobodnie. Usunięcie 24V — poleceniem programowym podczas normalnej sekwencji wyłączania, wyłączeniem przekaźnika przy E-stop lub utratą zasilania sterującego — sprężyna natychmiast uruchamia tarczę. Wał jest blokowany mechanicznie, niezależnie od stanu wzmacniacza.

Trzy rzeczy do zrobienia poprawnie podczas instalacji:

Hamulec musi zadziałać dopiero po zatrzymaniu osi. Wzmacniacz MR-J2S zapewnia sygnał MBR specjalnie w tym celu — opóźnia zadziałanie hamulca do momentu, gdy silnik zwolni poniżej prędkości progowej. Podłączenie cewki hamulca bezpośrednio do styku E-stop, bez blokady MBR, grozi zadziałaniem sprężyny na obracający się wał. Przy szczytowym momencie obrotowym silnika 85,9 Nm, kolizja między tarczą blokowaną sprężyną a obracającym się wirnikiem jest nagła i znacznie skróci żywotność hamulca.

Tłumienie przepięć jest obowiązkowe. Cewka hamulca jest obciążeniem indukcyjnym. Przełączanie 24V DC do nieosłoniętej cewki powoduje duży skok napięcia indukcyjnego przy wyłączeniu. Tłumik przepięć — snubber lub dioda przeciwprądowa — musi być zainstalowany bezpośrednio na zaciskach cewki hamulca, jak najbliżej cewki. Pominięcie go grozi uszkodzeniem przekaźnika lub wyjścia cyfrowego wzmacniacza sterującego obwodem hamulca.

Dla osi pionowych, opublikowane wytyczne Mitsubishi określają zalecany maksymalny statyczny moment obrotowy niezrównoważony na poziomie nieprzekraczającym 70% momentu znamionowego silnika — około 20 Nm na wale dla HC-SFS301B. Obciążenia generujące większy moment obrotowy niezrównoważony powinny być wspomagane mechanicznym przeciwwagowaniem, zamiast polegania wyłącznie na systemie serwo i hamulcu.

Wał prosty: Projekt i instalacja sprzęgła

Prosty wał HC-SFS301B wymaga piast sprzęgła zaciskowego lub dzielonego. Sprzęgło musi być dobrane i zamontowane dla wartości momentu szczytowego — 85,9 Nm — a nie tylko dla ciągłego znamionowego 28,6 Nm. Piasta o znamionowej wartości momentu ciągłego, ale marginalna przy momencie szczytowym, z czasem rozwinie mikropślizg, wprowadzając błędy pozycjonowania, które subtelnie narastają przez wiele cykli maszynowych, zanim staną się widoczne jako zmiany wymiarów części.

Prawidłowa instalacja piasty na prostym wale odbywa się zgodnie ze specyficzną procedurą w instrukcji serwomotoru Mitsubishi: użyj gwintowanego otworu na końcu wału, aby wciągnąć piastę osiowo — śruba ciągnąca, podkładka i nakrętka oparta o czoło piasty — zamiast dociskać lub wbijać piastę bezpośrednio. Obciążenia udarowe wału od uderzeń przenoszą się bezpośrednio przez silnik na tarczę enkodera. Nawet jeśli nie wystąpi natychmiastowa usterka, uszkodzenie mechanizmu enkodera przez wstrząs może spowodować sporadyczne błędy sprzężenia zwrotnego lub wczesną awarię enkodera, która staje się widoczna dopiero po pewnym czasie pracy maszyny.

Dla zastosowań, w których preferowane jest bardziej pewne połączenie wału z piastą, HC-SFS301BK jest wersją z wałem wpustowym tego samego silnika — identyczną pod każdym względem specyfikacji, z dodanym frezowanym wpustem. Oba warianty montuje się na tym samym kołnierzu 176 × 176 mm i paruje z tymi samymi wzmacniaczami MR-J2S-350.

Kompatybilne wzmacniacze — klasa MR-J2S-350

HC-SFS301B wymaga wzmacniacza klasy MR-J2S-350. Dostępne są trzy standardowe warianty:

• MR-J2S-350A — Interfejs ogólnego przeznaczenia z analogowym/impulsowym sterowaniem. Obsługuje tryby sterowania pozycją, prędkością i momentem obrotowym. Standardowy wybór dla systemów sterowanych CNC i PLC wykorzystujących komendy krokowe/kierunkowe lub analogowe sterowanie prędkością.
• MR-J2S-350B — Interfejs magistrali światłowodowej SSCNET, przeznaczony do skoordynowanych systemów wieloosiowych za pośrednictwem sterowników ruchu Mitsubishi (seria A, seria Q). Komendy pozycji są dostarczane przez sieć szeregową, a nie przez pociąg impulsów.
• MR-J2S-350CP — Wbudowana funkcja pozycjonowania. Dane tabeli punktów przechowywane w samym wzmacniaczu, z interfejsem CC-Link lub I/O. Nadaje się do samodzielnego pozycjonowania bez dedykowanego sterownika ruchu.

Wszystkie trzy warianty obsługują protokół enkodera 17-bitowego i są przystosowane do ciągłego zapotrzebowania prądowego silnika przy 3kW. HC-SFS301B nie jest kompatybilny ze wzmacniaczami MR-J2-350 pierwszej generacji, które nie potrafią odczytać formatu enkodera J2S 17-bitowego, ani ze wzmacniaczami MR-J3 lub MR-J4, które używają zupełnie innego interfejsu fizycznego i protokołu.

Kontekst zastosowania

Wolnoobrotowe stoły obrotowe i napędy 4. osi. Duże stoły obrotowe typu paletowego na centrach obróbczych obsługują znaczną masę obrabianego przedmiotu i mocowania. Przy 28,6 Nm ciągłego momentu obrotowego, HC-SFS301B napędza bezpośrednio sprzężony stół obrotowy podczas ciągłych cięć konturowych i ostrych cykli indeksowania bez zbliżania się do granicy termicznej. Enkoder absolutny obsługuje wymagającą dokładność pozycjonowania dla pozycjonowania kątowego w obróbce wielostronnej, a hamulec blokuje stół podczas sekwencji mocowania i odblokowywania.

Napędy paletowe i transferowe HMC. Systemy przenoszenia palet na poziomach centrach obróbczych cyklicznie pracują pod dużym obciążeniem. Wymaganie zatrzymania i blokady na każdej stacji — często podczas mocowania i odblokowywania — to miejsce, gdzie hamulec awaryjny zwraca się sam. Połączenie wysokiego momentu obrotowego i blokady mechanicznej sprawia, że HC-SFS301B jest naturalnym wyborem dla napędów w tej kategorii zastosowań.

Osie nawijania z kontrolą naprężenia. Nawijarki i odwijarki materiałów pracujące w trybie kontroli momentu obrotowego potrzebują silnika, który może utrzymać wymagany moment obrotowy przy niskich i zmiennych prędkościach wału w szerokim zakresie średnic rolek. Silnik 1000 obr./min w kontroli momentu obrotowego na osi nawijania pozostaje w rozsądnym zakresie prędkości bez wymagania nietypowych ustawień elektronicznego przełożenia, a enkoder 17-bitowy zapewnia precyzyjne sprzężenie zwrotne regulacji momentu obrotowego przy każdej prędkości w oknie roboczym.

Wolne przenośniki i indeksowanie transferowe. Wały napędowe przenośników łańcuchowych i taśmowych pracujące z niskimi prędkościami powierzchniowymi pod obciążeniem korzystają z gęstości momentu obrotowego HC-SFS301B. Tam, gdzie inaczej byłby określony motoreduktor, serwo z napędem bezpośrednim przy 1000 obr./min z wystarczającym momentem obrotowym upraszcza układ napędowy i dodaje programowalne możliwości sterowania prędkością, momentem obrotowym i pozycją, które zapewniają systemy serwo.

Napędy osi Z obciążone grawitacyjnie na maszynach ciężkich. Osie pionowe przenoszące ciężkie zespoły wrzeciona na maszynach wielkoformatowych wymagają połączenia odpowiedniego momentu obrotowego i niezawodnej blokady mechanicznej. Ciągły moment obrotowy HC-SFS301B wynoszący 28,6 Nm — przy 1000 obr./min bez przekładni redukcyjnej — zapewnia opcje napędu bezpośredniego dla niektórych konfiguracji osi pionowych, gdzie silnik o wyższej prędkości wymagałby znacznej redukcji przekładni, aby osiągnąć równoważny moment obrotowy na wałku śruby kulowej.

Zakres HC-SFS 1000 obr./min — Odniesienie do pojemności

Wszystkie modele z tej rodziny wykorzystują enkoder absolutny szeregowy 17-bitowy, stopień ochrony IP65, uszczelniony wał olejowy, zasilanie klasy 200V AC i kompatybilność ze wzmacniaczem MR-J2S-350. HC-SFS301B znajduje się na szczycie zakresu 1000 obr./min z najwyższym momentem obrotowym w tej podrodzinie.

Nowy w pudełku, fabrycznie zapieczętowany

Zapieczętowany fabrycznie oznacza oryginalne opakowanie Mitsubishi, nasadkę ochronną na końcu wału, zakryte wszystkie porty złączy, nienaruszone wewnętrzne opakowanie piankowe i brak wcześniejszej historii termicznej lub mechanicznej do uwzględnienia. Dla maszyny oczekującej na tę część w celu wznowienia produkcji, nowy w pudełku zapas jest najbardziej niezawodną drogą do ponownego uruchomienia — znany stan, roczna gwarancja, brak zmiennych z poprzedniej instalacji lub naprawy.

Przy wadze zgodnej z rozmiarem ramy silnika i zespołem hamulca, HC-SFS301B jest bezpiecznie zapakowany do transportu. Przechowywany w odpowiednich warunkach — chłodnych, suchych, z dala od wibracji — fabrycznie zapieczętowany zapas utrzymuje pełną specyfikację przez kilka lat. Po pięciu latach przechowywania, krótki bieg wału z niską prędkością przed uruchomieniem pomaga rozprowadzić smar w łożyskach.

Często zadawane pytania

P1: Które wzmacniacze są kompatybilne z HC-SFS301B?

HC-SFS301B wymaga wzmacniacza klasy MR-J2S-350 z platformy MELSERVO-J2S (J2-Super). Trzy standardowe warianty to MR-J2S-350A (analogowe/impulsowe sterowanie ogólnego przeznaczenia), MR-J2S-350B (magistrala światłowodowa SSCNET dla sterowników ruchu) i MR-J2S-350CP (wbudowane pozycjonowanie z interfejsem CC-Link). Wszystkie obsługują 17-bitowy enkoder szeregowy silnika. HC-SFS301B nie jest kompatybilny ze wzmacniaczami MR-J2-350 oryginalnymi ani ze wzmacniaczami MR-J3 / MR-J4.

P2: Jaka jest różnica między HC-SFS301B a HC-SF301B?

Są mechanicznie wymienne — ten sam kołnierz, ta sama moc wyjściowa momentu obrotowego, ten sam typ wału, ta sama konfiguracja hamulca, ta sama prędkość znamionowa. Różnica polega na enkoderze i generacji wzmacniacza. HC-SF301B (seria J2) używa enkodera 14-bitowego (16 384 ppr) i współpracuje ze wzmacniaczami MR-J2 i MR-J2S. HC-SFS301B (seria J2S) używa enkodera 17-bitowego (131 072 ppr) i wymaga wzmacniaczy MR-J2S. Jeśli maszyna działa na wzmacniaczach MR-J2 (pierwszej generacji), HC-SF301B jest odpowiednim silnikiem do pozyskania.

P3: HC-SFS301B ma moc 3kW, ale ma znamionowy moment obrotowy 28,6 Nm. Jak to jest możliwe?

Moment obrotowy i prędkość są odwrotnie proporcjonalne przy tej samej mocy. Przy 1000 obr./min z mocą wyjściową 3kW, znamionowy moment obrotowy wynosi około 28,6 Nm. Jeśli tę samą moc 3kW przepuścić przez silnik 2000 obr./min, moment obrotowy spadnie do około 14,3 Nm. HC-SFS301B jest specjalnie zaprojektowany do zastosowań o niskiej prędkości i wysokim momencie obrotowym, gdzie obciążenie osi wymaga stałego momentu obrotowego bez potrzeby redukcji przekładni między silnikiem a napędzanym mechanizmem.

P4: Czy enkoder 17-bitowy wymaga baterii i gdzie znajduje się bateria?

Tak. Funkcja absolutna enkodera 17-bitowego polega na podtrzymaniu bateryjnym w celu zachowania danych pozycji wieloobrotowej podczas okresów wyłączenia zasilania. Bateria — litowa Mitsubishi A6BAT — jest zainstalowana we wzmacniaczu serwo MR-J2S, a nie w korpusie silnika. Gdy jest sprawna, pozycja absolutna jest zachowywana podczas każdego przerwania zasilania, a oś nie wymaga cyklu powrotu do punktu odniesienia po ponownym uruchomieniu. Wymień A6BAT niezwłocznie, gdy wzmacniacz wyświetli alarm niskiego poziomu baterii, zanim pełne rozładowanie spowoduje utratę pozycji absolutnej.

P5: Czy HC-SFS301B nadaje się do pionowej osi obciążonej grawitacyjnie bez dodatkowego przeciwważenia?

Może być — pod warunkiem, że statyczny moment obrotowy niezrównoważony na wale silnika nie przekracza około 70% momentu znamionowego, co dla tego silnika wynosi około 20 Nm. Ta wartość pochodzi z opublikowanych wytycznych Mitsubishi dla zastosowań serwomotorów na osiach pionowych. Obciążenia generujące moment obrotowy niezrównoważony powyżej tego progu powinny być wspomagane mechanicznym przeciwważeniem (cylinder pneumatyczny, przeciwwaga), zamiast polegania wyłącznie na momencie serwo i hamulcu do blokowania osi. Dla obciążeń w limicie 20 Nm, HC-SFS301B z hamulcem sprężynowym zapewnia niezawodne blokowanie po wyłączeniu serwo.