Mitsubishi HC-SFS702K (HCSFS702K) — 7 кВт AC серводвигатель, шпоночный вал, без тормоза, 2000 об/мин, серия MELSERVO J2-Super

Обзор продукта

Номер детали: HC-SFS702K

Также ищут как: HCSFS702K, HC SFS 702K, HC-SFS-702K

Серия: Mitsubishi MELSERVO HC-SFS (поколение J2-Super)

Классификация: AC бесщеточный серводвигатель со средним моментом инерции — 7 кВт, класс 200 В, 2000 об/мин, шпоночный вал, без тормоза

Вершина диапазона 2000 об/мин с шпоночным интерфейсом

Mitsubishi HC-SFS702K — это двигатель с самым высоким крутящим моментом в семействе HC-SFS 2000 об/мин. Семь киловатт. Тридцать три целых четыре десятых Ньютон-метра непрерывного крутящего момента. Сто Ньютон-метров по запросу для коротких, но требовательных фаз ускорения и замедления каждого цикла позиционирования. Он находится на пределе возможностей платформы J2-Super при этой скорости, а суффикс "K" означает наличие фрезерованной шпоночной канавки на валу — конкретный выбор, определяющий передачу крутящего момента от двигателя к механизму.

При мощности 7 кВт приводимые нагрузки велики. Оси шарико-винтовых передач на больших обрабатывающих центрах с ЧПУ. Первичные приводы на промышленных намоточных станциях, работающих с существенным натяжением полотна. Главные приводы трансферных станков. Высокопроизводительные поворотные столы с индексацией. Конвейеры и трансферные механизмы с цепной и зубчатой передачей, работающие под постоянной нагрузкой. Это не те применения, где путь передачи крутящего момента между двигателем и приводимым компонентом может допускать какую-либо неопределенность. Шпоночный вал устраняет эту неопределенность. Шпонка передает крутящий момент механически через свою площадь поперечного сечения на срез, и эта передача не зависит от силы зажима, не ослабевает при вибрации и не деградирует при постоянных циклических нагрузках.

17-битный последовательный абсолютный энкодер с разрешением 131 072 импульсов/оборот и усилитель MR-J2S-700 завершают систему. Двигатель снят с производства, но остается доступным в виде излишков и восстановленных запасов.

Технические характеристики

Почему шпоночный вал при мощности 7 кВт

В линейке HC-SFS каждый шаг мощности доступен как с прямым валом, так и со шпоночным валом. При более низких уровнях мощности — 500 Вт, 1 кВт — выбор между ними в основном является вопросом механических предпочтений и доступного крепежа. При мощности 7 кВт с пиковым крутящим моментом 100 Нм выбор становится более значимым.

Муфта с фрикционным зажимом на прямом валу передает крутящий момент через контактное усилие между внутренней поверхностью ступицы и наружным диаметром вала. Это усилие должно быть достаточным для сопротивления 100 Нм во время каждой агрессивной фазы ускорения, на протяжении всего срока службы двигателя, при всех условиях эксплуатации. В чистой лабораторной среде со свежеустановленной муфтой, регулярно проверяемой, фрикционный зажим надежно справляется с этим. В производственной машине, работающей непрерывно в течение многих лет — подверженной вибрации, термическим циклам, попаданию охлаждающей жидкости и практической реальности того, что проверки муфт иногда откладываются — запас, достаточный при установке, может истощиться. Когда это происходит при таком уровне крутящего момента, последствия не являются незначительными. Событие проскальзывания на 100 Нм на оси тяжелой машины — это механическое событие, а не просто ошибка позиционирования.

Шпоночная канавка полностью меняет механизм передачи крутящего момента. Шпонка располагается в соответствующих пазах как вала, так и ступицы. Крутящий момент передается через площадь поперечного сечения шпонки на срез — механический расчет, основанный на свойствах материала и геометрии, а не на трении и силе зажима. Реверсивный крутящий момент, постоянные циклические нагрузки, ударные воздействия от контакта зубьев шестерни или зацепления звеньев цепи, полный пиковый крутящий момент 100 Нм при каждом быстром ускорении — ничто из этого не представляет такой проблемы для правильно рассчитанной и установленной шпонки, как для фрикционного интерфейса, который прошел годы производственной эксплуатации.

Для специфических механических интерфейсов, наиболее распространенных при мощности 7 кВт — зубчатые муфты для тяжелых редукторов, звездочки цепи для тяжелых конвейерных систем, входные валы червячных редукторов, ступицы больших ременных шкивов — шпоночный расточной паз либо является стандартным, либо предпочтительным, и HC-SFS702K — это просто подходящий двигатель для этих соединений.

33,4 Нм непрерывно: рабочий крутящий момент на этом уровне

Тридцать три целых четыре десятых Ньютон-метра — это самый высокий непрерывный крутящий момент в семействе HC-SFS 2000 об/мин. Помещение этого числа в механический контекст помогает прояснить, какие применения действительно в нем нуждаются, а какие могут быть адекватно обслужены меньшим двигателем.

На шарико-винтовой передаче с шагом 10 мм и КПД винта 90% непрерывный крутящий момент двигателя 33,4 Нм обеспечивает примерно 18,9 кН осевой силы подачи. Это покрывает самые тяжелые комбинации стола и заготовки на обрабатывающих центрах с ЧПУ большого формата — такие горизонтальные обрабатывающие центры и портальные фрезерные станки, которые обрабатывают большие отливки и сварные конструкции, где одна только масса стола составляет несколько тонн. На винте с шагом 16 мм, используемом на больших осях быстрого перемещения, 33,4 Нм создают около 11,8 кН постоянной осевой силы при полных производственных скоростях подачи.

Для намоточных приводов в режиме управления крутящим моментом 33,4 Нм при 2000 об/мин ставят этот двигатель на вершину диапазона для средних и крупных промышленных намоточных станций. Натяжение полотна, требующее 25–30 Нм крутящего момента двигателя в диапазоне рабочих диаметров, находится в пределах номинальной мощности с достаточным запасом.

Пиковый крутящий момент 100 Нм — в три раза больше номинального — это то, где находится производительность двигателя при ускорении. Тяжелая ось машины, ускоряющаяся до скорости быстрого перемещения, сильно полагается на пиковый крутящий момент для рампы ускорения, а затем settles до доли номинального крутящего момента во время движения с постоянной скоростью. Такой режим работы является термически безвредным, если крутящий момент при установившейся скорости остается ниже номинального, а фазы ускорения коротки по сравнению с временем цикла. Электронная тепловая модель MR-J2S-700 отслеживает эту кумулятивную нагрузку и защищает двигатель, если рабочие циклы слишком сильно повышают среднюю тепловую нагрузку.

Одно из постоянных руководств из документации Mitsubishi: на горизонтальных осях, где основной проблемой является несоответствие инерции, рекомендуемое соотношение инерции нагрузки обычно поддерживается ниже определенного кратного значения инерции двигателя для стабильного отклика автонастройки. При мощности 7 кВт на раме 176 × 176 мм инерция ротора существенна — можно стабильно приводить в движение большие нагрузки, но оси с очень высоким отраженным соотношением инерции могут потребовать ручной регулировки усиления вместо того, чтобы полагаться на автонастройку для сходимости.

Шпоночный вал в практике установки

Выбор двигателя со шпоночным валом создает требование к конструкции, которого нет у гладкого вала: ступица приводимого компонента должна иметь соответствующую шпоночную канавку. Для применений, где ступица изготавливается на заказ — специальные шкивы, заготовки шестерен, звездочки, изготовленные на заказ — указание шпоночной канавки является простым. Для применений с использованием готовых ступиц критической проверкой перед выбором этого варианта является подтверждение того, что стандартная шпоночная канавка в каталожной ступице соответствует размерам шпоночной канавки вала двигателя.

Установка ступицы на раме 176 × 176 мм: Здесь действует то же правило, что и для двигателей с прямым валом этого размера рамы, и, возможно, с большей силой, учитывая дополнительную сложность механического интерфейса. Всегда используйте резьбовое отверстие M12 на конце вала и тянущий болт для осевого притягивания ступицы к валу. Не запрессовывайте и не забивайте ступицу, даже если шпонка установлена. Осевой удар при установке ступицы передается через вал на диск энкодера и задний подшипник. При этом размере рамы вал длинный, а энергия удара, достигающая конца энкодера, не является незначительной. Режим отказа — незначительное повреждение подшипника или диска энкодера — приводит к периодическим сбоям энкодера при вибрации, а не к немедленным аварийным сигналам, и отслеживание этих сбоев до события установки через недели или месяцы требует значительных диагностических усилий. Метод тянущего болта занимает дополнительную минуту и полностью предотвращает проблему.

Посадка шпонки: Шпонка должна иметь легкую запрессовку или плотную скользящую посадку в шпоночной канавке вала и зазор или переходную посадку в шпоночной канавке ступицы. Шпонка, которая свободно сидит в любом пазу, вносит люфт в передачу крутящего момента — что подрывает основную причину использования шпоночного вала. При пиковом крутящем моменте 100 Нм допуски посадки шпонки имеют значение. Проверьте посадки по размерам шпоночной канавки вала двигателя и ступицы перед сборкой.

Без тормоза: подтверждение применения

HC-SFS702K не имеет электромагнитного тормоза. При мощности 7 кВт это требует более тщательного подтверждения, чем при более низких уровнях мощности, поскольку нагрузки, которые приводит этот двигатель, достаточно велики, чтобы неконтролируемое гравитационное движение было значительным механическим событием и событием безопасности.

Вариант без тормоза подходит, когда ось горизонтальна, или когда ось сбалансирована таким образом, что нет чистого усилия, действующего в направлении вращения вала, когда ток сервопривода падает до нуля. Для этих осей сервоблокировка MR-J2S-700 удерживает положение через замкнутый контур положения — 17-битный энкодер отслеживает угол вала с высоким разрешением, а усилитель непрерывно подает корректирующий ток для удержания нулевой ошибки слежения. Это надежно, точно и не требует дополнительных ресурсов панели.

Вопрос для подтверждения для каждой оси: если сервопривод неожиданно отключен — аварийная остановка, сбой питания, срабатывание усилителя — перемещается ли нагрузка? На оси стола горизонтального обрабатывающего центра, где вес оси действует перпендикулярно направлению движения, ответ — нет, и HC-SFS702K является правильной и полной спецификацией. На большом намоточном приводе с горизонтальным шпинделем, где вес рулона поддерживается механическими подшипниками, а не осью сервопривода, ответ аналогично — нет.

Ответ становится да для вертикальных осей, наклонных подач, поворотных столов с гравитационной нагрузкой, наклоненных от горизонтали, и любого механизма, где составляющая веса нагрузки действует вдоль направления оси сервопривода. Для этих применений требуется двигатель HC-SFS702BK (шпоночный вал плюс пружинный электромагнитный тормоз). Пружинный тормоз немедленно срабатывает при потере питания катушки и механически удерживает нагрузку без активной системы. При мощности 7 кВт на вертикальной оси это не опциональное улучшение безопасности — это спецификация, которая делает ось безопасной.

На машине с несколькими осями мощностью 7 кВт, одни горизонтальные, другие вертикальные, дисциплина спецификации правильной конфигурации тормоза для каждой оси — вместо того, чтобы по умолчанию устанавливать тормоза на всех осях или, что еще хуже, опускать тормоза там, где они нужны — обеспечивает как более безопасную машину, так и более простую конструкцию панели.

Совместимые усилители

HC-SFS702K требует усилитель MR-J2S-700 — платформа J2-Super мощностью 7 кВт. Три варианта интерфейса охватывают основные архитектуры управления при этой мощности:

MR-J2S-700A — это универсальный усилитель. Он принимает импульсные команды положения от контроллеров ЧПУ и ПЛК, а также аналоговые ссылки скорости или крутящего момента. Доступны все режимы управления — положение, скорость, крутящий момент и их комбинации. Частота входных импульсов до 500 кГц для дифференциальных приемных входов. RS-232C подключается к MR Configurator для ввода в эксплуатацию и управления параметрами. На машинах, где источником команды оси является внешний ЧПУ-контроллер, контроллер движения или ПЛК, MR-J2S-700A является стандартным выбором.

MR-J2S-700B подключается к контроллерам движения Mitsubishi серии A и Q через оптоволоконную последовательную шину SSCNET. Все команды оси и все данные обратной связи передаются по оптоволоконной сети — никаких отдельных аналоговых или импульсных проводов от контроллера к усилителю. Для больших многоосевых машин, где несколько осей мощностью 7 кВт должны работать в скоординированном движении — портальные обрабатывающие центры с одновременным контурным движением по нескольким осям, большие трансферные линии с синхронизированными тяжелыми приводами, многоосевые портальные системы — шина SSCNET обеспечивает связь осей в реальном времени, которая не может быть достигнута через импульсные или аналоговые интерфейсы.

MR-J2S-700CP обеспечивает встроенное одноосное позиционирование с до 31 сохраненной позицией в таблице точек, активируемой цифровым входом/выходом или командой сети CC-Link. Для автономных осей позиционирования мощностью 7 кВт — тяжелые поворотные столы, первичные приводы намоточных станций, большие трансферные механизмы — которые не требуют координации в реальном времени с другими осями, CP устраняет необходимость в выделенном контроллере движения для этой оси.

Все три усилителя включают встроенный динамический тормоз MR-J2S-700, автонастройку в реальном времени, адаптивное подавление вибраций, фильтр подавления резонанса машины и полный набор функций защиты и мониторинга двигателя J2-Super.

Примечания по совместимости. HC-SFS702K требует усилитель MR-J2S-700. Он несовместим с усилителем первого поколения MR-J2-700, который не может декодировать 17-битный протокол последовательного интерфейса энкодера J2-Super и немедленно выдаст ошибку при запуске. Для машин, работающих на оборудовании MR-J2-700, HC-SF702K (та же спецификация шпоночного вала, 14-битный энкодер) является правильным двигателем. Несовместим с усилителями MR-J3 или MR-J4 без комплекта адаптера обновления.

Семейство HC-SFS 2000 об/мин — 702K на вершине

HC-SFS702K — это двигатель со шпоночным валом с самым высоким крутящим моментом в диапазоне HC-SFS 2000 об/мин и вершина платформы J2-Super при этой скорости. Все четыре модели имеют фланец 176 × 176 мм — станина машины, рассчитанная на любую из них, принимает все четыре без механической модификации. Это практически полезно для вариантов машин: модель машины, предлагаемая в различных уровнях режущей способности, может иметь общую конструкцию, в то время как ось сервопривода масштабируется от 2 кВт до 7 кВт просто путем замены двигателя и усилителя.

Увеличение крутящего момента от HC-SFS502K (23,9 Нм) до HC-SFS702K (33,4 Нм) составляет примерно 40% — значительное увеличение, когда ось регулярно работает вблизи верхнего предела непрерывного крутящего момента двигателя мощностью 5 кВт, или когда будущая модернизация мощности машины требует большей постоянной силы оси без перепроектирования конструкции.

Полная линейка 7 кВт 2000 об/мин охватывает все четыре конфигурации вала и тормоза: прямой вал (HC-SFS702), прямой вал с тормозом (HC-SFS702B), шпоночный вал (HC-SFS702K) и шпоночный вал с тормозом (HC-SFS702BK). Все четыре используют усилитель MR-J2S-700.

Типичные применения

Первичные оси подачи на обрабатывающих центрах с ЧПУ большого формата. Оси стола X и Y на больших горизонтальных обрабатывающих центрах, портальных фрезерных станках и тяжелых мостовых фрезерных станках, обрабатывающих многотонные массы стола и оснастки. Непрерывный крутящий момент HC-SFS702K 33,4 Нм обеспечивает тяжелые производственные нагрузки при полной скорости подачи; шпоночный вал фиксирует ступицу гайки шарико-винтовой передачи или муфту шкива против постоянных и циклических сил, которые эти механизмы генерируют под нагрузкой.

Главные приводы на тяжелых цепных и зубчатых конвейерах. Большие линии сборки и обработки, тяжелые паллетные конвейеры и цепные трансферные системы, где главный приводной вал соединен с двигателем через шпоночную звездочку или ступицу шестерни. Цепные приводы создают циклические ударные нагрузки при каждом зацеплении звена — шпоночный интерфейс надежно справляется с ними неограниченно, в то время как фрикционный зажим будет подвергаться все большим нагрузкам.

Первичные приводы намоточных и размоточных станций. Большие промышленные намоточные станции для бумаги, пленки, фольги и тяжелых текстильных субстратов, где двигатель соединен через шпоночную ступицу шестерни или муфты со шпинделем намотки. Непрерывный крутящий момент 33,4 Нм в режиме управления натяжением охватывает полный диапазон диаметров крупноформатных намоточных операций с соответствующим запасом; шпоночный интерфейс является стандартной практикой на намоточных станциях, где ступица муфты испытывает постоянные нагрузки натяжения.

Приводы тяжелых поворотных столов с индексацией. Поворотные столы с индексацией большого формата — многотонные поворотные оснастки на обрабатывающих центрах, сменщики паллет на горизонтальных обрабатывающих ячейках, большие поворотные трансферные станции — использующие червячную или цилиндрическую зубчатую передачу между двигателем и столом. Шпоночное соединение двигатель-редуктор выдерживает крутящий момент входного вала; 17-битный абсолютный энкодер поддерживает точное знание положения индексации при перерывах в питании; пиковый крутящий момент 100 Нм эффективно обеспечивает быстрое перемещение между станциями.

Главные приводы высокопроизводительных сервопитателей. Первичные оси подачи материала на больших прогрессивных прессах, комбинации выпрямителей-питателей рулонов и тяжелые системы подачи листового металла, где механизм подающих роликов или захватов приводится в движение через шпоночную шестерню или звездочку. Циклический характер работы пресса — ускорение с высоким крутящим моментом до скорости подачи, подача с постоянной скоростью, быстрое замедление до остановки, пауза — проходит через полный диапазон от пикового до непрерывного крутящего момента при каждом ходе пресса, а шпоночный интерфейс надежно выдерживает эту нагрузку в течение миллионов циклов прессования.

Часто задаваемые вопросы

В1: Почему стоит выбрать HC-SFS702K вместо HC-SFS702 (прямой вал) при мощности 7 кВт?

Выбор полностью определяется конструкцией ступицы приводимого компонента и условиями эксплуатации. Если ступица имеет расточной паз для шпонки — ступица шестерни, звездочка цепи, муфта червячного редуктора или любая ступица, где шпоночная канавка является стандартной или требуется приводимым механизмом — HC-SFS702K является естественным выбором. Если ступица представляет собой прецизионную серво-муфту с гладким расточным пазом, прямой вал HC-SFS702 проще и столь же надежен. При мощности 7 кВт с пиковым крутящим моментом 100 Нм применения, связанные с циклическими нагрузками, постоянными реверсами или ударными воздействиями от цепи/шестерни, лучше обслуживаются шпоночным интерфейсом, который передает крутящий момент механически, а не через фрикционный зажим, который должен выдерживать пиковый крутящий момент 100 Нм неограниченно в течение срока службы двигателя.

В2: Какие усилители совместимы с HC-SFS702K?

HC-SFS702K требует усилитель MR-J2S-700 — платформа J2-Super мощностью 7 кВт. Три варианта: MR-J2S-700A (аналоговая/импульсная команда, универсальный), MR-J2S-700B (оптоволоконная шина SSCNET для контроллеров движения Mitsubishi) и MR-J2S-700CP (встроенное позиционирование, до 31 таблицы точек, совместимость с CC-Link). Двигатель несовместим с усилителем первого поколения MR-J2-700, который не может считывать 17-битный энкодер J2-Super. Для машин на оборудовании MR-J2-700 совместимым двигателем является HC-SF702K (14-битный энкодер).

В3: В чем разница между HC-SFS702K и HC-SFS702BK?

Оба являются двигателями J2-Super мощностью 7 кВт, 2000 об/мин, со шпоночным валом и идентичными электрическими и размерными характеристиками. Разница в тормозе. HC-SFS702K не имеет тормоза — положение в покое удерживается сервоблокировкой усилителя. HC-SFS702BK имеет пружинный электромагнитный тормоз, который механически срабатывает при отключении питания катушки 24 В. Используйте HC-SFS702BK на вертикальных осях, наклонных механизмах и любых приводах с гравитационной нагрузкой, где движение оси при отключенном сервоприводе было бы опасным или повреждающим. На подтвержденных горизонтальных осях без гравитационной составляющей нагрузки HC-SFS702K является правильной и более простой спецификацией.

В4: Где находится резервная батарея абсолютного энкодера?

Резервная батарея — литиевая ячейка Mitsubishi A6BAT — находится внутри сервоусилителя MR-J2S-700, а не в двигателе. Она поддерживает многооборотный абсолютный счетчик во время всех периодов отключения питания, позволяя оси немедленно сообщать свое точное положение при перезапуске без какого-либо движения для поиска референтной точки. Замените A6BAT при первом сигнале низкого заряда батареи от усилителя. Полная разрядка сбрасывает многооборотный счетчик и требует цикла возврата к референтной точке перед тем, как ось сможет возобновить производство.

В5: HC-SFS702K снят с производства. Его все еще можно приобрести, и каков путь модернизации?

Несмотря на официальное снятие с производства, HC-SFS702K остается доступным через дилеров промышленных автоматизированных излишков и специализированных поставщиков сервоприводов Mitsubishi в виде новых старых запасов и протестированных восстановленных единиц — практический путь поиска для машин, использующих платформу J2-Super. Для новых конструкций машин или полной модернизации платформы механическим эквивалентом текущего поколения является HG-SR702K (серия MR-J4, 7 кВт, 2000 об/мин, шпоночный вал, 22-битный энкодер, фланец 176 × 176 мм, IP67) в паре с усилителем MR-J4-700. Модернизация требует одновременной замены двигателя и усилителя, поскольку протоколы энкодеров несовместимы между поколениями.