Mitsubishi HC-SF352 (HCSF352) — 3,5 кВт, серводвигатель переменного тока, прямой вал, без тормоза, 2000 об/мин, серия MELSERVO J2

Обзор продукта

Номер детали: HC-SF352

Также ищут как: HCSF352, HC SF 352, HC-SF-352 Серия: Mitsubishi MELSERVO HC-SF (поколение J2)

Классификация: Серводвигатель переменного тока с малым моментом инерции — 3,5 кВт, класс 200 В, 2000 об/мин, прямой вал, без тормоза

Помещение HC-SF352 в контекст

Прежде чем перейти к спецификациям, стоит четко разграничить одно, поскольку оно напрямую влияет на выбор усилителя. HC-SF352 относится к платформе J2 (первое поколение MELSERVO), а не к J2-Super. Его энкодер имеет 14 бит — 16 384 позиции на оборот — и он совместим как с оригинальным MR-J2-350, так и с более новым MR-J2S-350 усилителями. Эквивалентом J2-Super является HC-SFS352, который имеет 17-битный энкодер и требует исключительно усилитель MR-J2S.

Это различие имеет значение в двух практических ситуациях. Во-первых, при поиске замены для существующей машины: знание того, на каком поколении была разработана машина, определяет, какой двигатель подходит. Усилитель MR-J2-350 правильно запустит HC-SF352; он не примет 17-битный протокол HC-SFS352. Во-вторых, при оценке того, подходит ли конкретный подержанный или избыточный двигатель: HC-SF352 и HC-SFS352 физически взаимозаменяемы — одинаковый фланец, одинаковые размеры вала — но электрически они обслуживают разные поколения усилителей.

После этого уточнения: HC-SF352 — это серводвигатель мощностью 3,5 кВт, 2000 об/мин, со средним моментом инерции, рассчитанный на 16,7 Нм непрерывного крутящего момента и 50,1 Нм пикового, на фланце 176 × 176 мм с защитой IP65 и прямым валом без электромагнитного тормоза.

Технические характеристики

3,5 кВт при 2000 об/мин: история крутящего момента

Шестнадцать целых семь десятых ньютон-метра непрерывного крутящего момента. При 2000 об/мин это значительная устойчивая сила для промышленных сервоприводов — достаточная для привода тяжелых шариковинтовых столов на больших обрабатывающих центрах с ЧПУ, поддержания постоянного натяжения на промышленных намоточных машинах, работающих с тяжелыми материалами, питания входного вала червячного редуктора на тяжелом поворотном индексаторе или поддержания силы подачи на сервоприводном прессе или формовочной машине в течение полного производственного цикла.

Пиковый крутящий момент 50,1 Нм — в три раза выше номинального — используется во время фаз ускорения и замедления циклов позиционирования. Для тяжелой оси, совершающей быстрые перемещения из точки в точку, пиковый крутящий момент агрессивно управляет скоростной рампой, проводя фазу ускорения значительно выше номинального крутящего момента, сохраняя при этом тепловой бюджет, поскольку эти переходные процессы кратковременны по сравнению с фазой установившейся скорости. Это соотношение пикового и непрерывного крутящего момента 3:1 является нормой для поколения J2 во всей линейке HC-SF 2000 об/мин, и именно оно позволяет двигателю с номинальным непрерывным крутящим моментом выполнять быстрые циклы позиционирования без необходимости завышения размеров относительно требуемой устойчивой нагрузки.

Одно примечание по подбору размера, которое стоит явно указать: для вертикальных осей с несбалансированными нагрузками документация Mitsubishi последовательно рекомендует поддерживать составляющую гравитационного крутящего момента ниже 70% от номинального непрерывного крутящего момента. При номинальном значении 16,7 Нм этот предел составляет примерно 11,7 Нм устойчивой гравитационной нагрузки. Оси, приближающиеся к этому значению или превышающие его, требуют либо противовеса, либо двигателя с более высоким номинальным непрерывным крутящим моментом.

HC-SF против HC-SFS: вопрос 14 бит

Самое важное, что нужно правильно определить при покупке или замене HC-SF352, — это поколение энкодера, и это сводится к одному практическому вопросу: какой усилитель установлен на машине?

HC-SF352 (14 бит, 16 384 ппр) — Совместим с MR-J2-350 (первое поколение) и MR-J2S-350 (J2-Super). Этот двигатель работает с обоими поколениями, поскольку Mitsubishi разработала усилители J2-Super для сохранения обратной совместимости с двигателями поколения J2.

HC-SFS352 (17 бит, 131 072 ппр) — Только J2-Super. Этот двигатель требует усилитель MR-J2S-350 и не будет взаимодействовать с оригинальным усилителем MR-J2-350.

Последствия для поиска замены: машина, работающая с усилителем MR-J2-350, требует HC-SF352, а не HC-SFS352. Установка варианта SFS на усилитель MR-J2-350 приведет к ошибке связи с энкодером при запуске. И наоборот, если машина уже работает с усилителем MR-J2S-350, подойдет любой двигатель — но HC-SFS352 обеспечивает более высокое разрешение энкодера (131 072 против 16 384 ппр) и является предпочтительным выбором для машин, где точность позиционирования выигрывает от более точной обратной связи.

Механические размеры обоих двигателей идентичны: одинаковый фланец 176 × 176 мм, одинаковый диаметр вала, одинаковый монтажный интерфейс. Выбор полностью определяется поколением усилителя на машине.

Прямой вал: проектирование муфты при мощности 3,5 кВт

Прямой вал без шпоночного паза — стандартная отправная точка для проектирования муфт серводвигателей, и при мощности 3,5 кВт с пиковым крутящим моментом 50,1 Нм выбор муфты заслуживает внимательного рассмотрения.

Критическим показателем для выбора муфты является пиковый крутящий момент, а не номинальный непрерывный крутящий момент. Муфта или ступица, рассчитанные на номинальное значение 16,7 Нм, будут недоразмерены во время каждого цикла ускорения, приближающегося к пиковому крутящему моменту. Стандартная практика при такой мощности — использовать пиковый крутящий момент в качестве базового значения для расчета, а затем применять соответствующий коэффициент обслуживания — обычно 1,5–2× для применений с инерционными нагрузками и умеренными ударами, выше для применений со значительными механическими ударами от зацепления зубчатых колес или цепей.

При пиковом крутящем моменте 50,1 Нм с коэффициентом обслуживания 2× целевым показателем для выбора муфты является 100 Нм или выше. Это вполне соответствует диапазону стандартных промышленных сервомуфт — мембранные муфты, дисковые муфты и кулачковые муфты, рассчитанные на этот диапазон крутящего момента, являются каталожными позициями от крупных производителей муфт. Диаметр вала двигателя с корпусом 176 × 176 мм больше, чем у двигателей компактного класса, что означает большую грузоподъемность для стандартных конструкций ступиц и, как правило, меньшую нагрузку на интерфейсе вал-ступица.

Для применений, где ведомый компонент — шестерня, звездочка или шкив — требует шпоночного паза, HC-SF352K (вал со шпонкой, без тормоза) использует тот же усилитель и обеспечивает идентичные электрические характеристики. Два варианта взаимозаменяемы с точки зрения усилителя.

Напоминание об установке ступицы для этого размера корпуса. Резьбовое отверстие на конце вала двигателей 176 × 176 мм предназначено для определенной цели: используйте тянущий болт, чтобы осевым образом натянуть ступицу муфты на вал, а не вдавливать или забивать ее. Осевые ударные нагрузки при установке ступицы передаются через вал на диск энкодера и задний подшипник, а возникающие повреждения — обычно тонкая деградация подшипника энкодера — проявляются через несколько недель в виде прерывистых ошибок энкодера при вибрации, а не сразу. Использование метода тянущего болта занимает немного больше времени и полностью предотвращает проблему.

Без тормоза: оценка применения

HC-SF352 не имеет электромагнитного тормоза. В состоянии покоя положение оси поддерживается сервозамком усилителя — контур положения остается активным, обратная связь по энкодеру непрерывно отслеживает угол поворота вала, а усилитель подает ток, необходимый для поддержания нулевой ошибки слежения.

Для горизонтальных осей и сбалансированных механизмов это надежно, точно и практически не требует обслуживания. Нет реле для проверки, нет тормозного диска для измерения износа, нет цепи 24 В для обслуживания, нет последовательности блокировки MBR, добавляющей логику в программу ПЛК. На машине, где большинство сервоприводов горизонтальные, конфигурация без тормоза является чистым выбором.

Ситуация меняется, когда ось имеет составляющую гравитационной нагрузки. Диапазон мощности 3,5 кВт часто используется на осях Z больших обрабатывающих центров с ЧПУ, вертикально перемещающихся порталов, подъемных механизмов с сервоприводом и наклонных подающих приводов — все это применения, где нагрузка имеет вес, действующий в направлении вращения вала при падении тока сервопривода до нуля. В этих случаях механический тормоз не является опцией. HC-SF352B (прямой вал, пружинный тормоз) или HC-SF352BK (вал со шпонкой, тормоз) являются правильным выбором.

Если вопрос для данной оси действительно неясен — «достаточно ли горизонтальна эта ось, чтобы сервозамок был достаточным?» — консервативным и правильным ответом является указание тормоза. Удаление ненужного тормоза немного снижает механическую простоту; пропуск необходимого тормоза на вертикальной оси с гравитационной нагрузкой создает опасность.

Совместимые усилители

HC-SF352 совместим с усилителем первого поколения MR-J2-350 и полным спектром усилителей MR-J2S-350 J2-Super.

MR-J2-350A — Интерфейс общего назначения первого поколения. Входы импульсных сигналов и аналоговые команды. Управление положением, скоростью и крутящим моментом. Оригинальный парный усилитель для машин, построенных на базе HC-SF352 в эпоху платформы J2. Все еще используется на многих старых станках.

MR-J2S-350A — Интерфейс общего назначения J2-Super. Импульсные и аналоговые команды, все режимы управления, RS-232C для MR Configurator. Предпочтительный усилитель для новых установок с HC-SF352, предлагающий автоматическую настройку в реальном времени, адаптивное подавление вибраций и улучшенные характеристики сервопривода по сравнению с MR-J2 первого поколения.

MR-J2S-350B — Интерфейс шины SSCNET J2-Super. Подключается к контроллерам движения Mitsubishi серии A и Q через оптоволоконную последовательную шину SSCNET. Все команды оси и обратная связь передаются по сети. Требуется для скоординированного многоосевого движения под управлением контроллера движения Mitsubishi.

MR-J2S-350CP — J2-Super со встроенным позиционированием. До 31 позиции в таблице, активируемые командами ввода-вывода или CC-Link. Автономное позиционирование по шагам без отдельного контроллера движения.

HC-SF352 несовместим с усилителями MR-J3 или MR-J4 без комплекта адаптера для обновления. Для машин, модернизируемых до более поздних поколений сервоплатформ Mitsubishi, как двигатель, так и усилитель требуют замены в виде согласованного комплекта.

Семейство HC-SF 2000 об/мин — Перспектива мощности

HC-SF352 является средней моделью в линейке с корпусом 176 × 176 мм — выше HC-SF202 (2 кВт) и ниже HC-SF502 (5 кВт). Машины, разработанные на базе этого фланца, могут вмещать все три без каких-либо механических модификаций. Увеличение крутящего момента от HC-SF202 (9,55 Нм) до HC-SF352 (16,7 Нм) составляет примерно 75% — значительный запас, если ось работает в пределах лимита 2 кВт при устойчивых производственных условиях.

Каждая модель в семействе HC-SF 2000 об/мин доступна в четырех вариантах вала и тормоза: прямой вал (без суффикса), прямой вал с тормозом (B), вал со шпонкой (K) и вал со шпонкой с тормозом (BK). Сопряжение усилителей одинаково для каждой группы мощности независимо от конфигурации вала или тормоза.

Типичные применения

Подающие оси обрабатывающих центров с ЧПУ. Основные оси подачи X, Y и Z на горизонтальных и вертикальных обрабатывающих центрах, работающих с массивными столами среднего и большого размера. Непрерывный крутящий момент 16,7 Нм обеспечивает работу с тяжелыми нагрузками на столах при производственных скоростях подачи без перегрузки двигателя; пиковый крутящий момент 50,1 Нм эффективно управляет ускорением при быстрой подаче.

Крупноформатные режущие и фрезерные станки. Портальные оси с сервоприводом на столах для плазменной резки, системах позиционирования водоструйной резки и крупноформатных фрезерах, где масса портала и требуемая скорость перемещения вместе требуют 3,5 кВт при таком сочетании скорости и крутящего момента. Прямой вал для соединения с ременными или реечными приводами.

Промышленные намоточные и размоточные приводы. Станции намотки с контролем натяжения на линиях переработки бумаги, пленки и фольги, где двигатель работает в режиме управления крутящим моментом для поддержания постоянного натяжения полотна при изменении диаметра рулона. Непрерывный крутящий момент 16,7 Нм при 2000 об/мин покрывает потребности станций намотки среднего диапазона с соответствующим запасом крутящего момента в рабочем диапазоне диаметров рулона.

Подающие оси прессов и штамповочных машин с сервоприводом. Подающие оси материала на прогрессивных штамповочных прессах, правильных машинах с податчиками и прессах для точной вырубки, где требуется точная высокоскоростная подача при значительном усилии подачи при каждом ходе пресса. Пиковый крутящий момент 50,1 Нм обеспечивает переходное усилие в начале каждого хода подачи.

Поворотные индексаторы и приводы конвейерных линий. Редукторные поворотные индексаторы и сервоприводные конвейерные оси на сборочных и обрабатывающих конвейерных линиях. Мощность 3,5 кВт обеспечивает работу с поворотными механизмами среднего веса с хорошими характеристиками ускорения; 14-битный энкодер, хотя и имеет более низкое разрешение, чем у устройств J2-Super, достаточен для большинства требований к точности индексации.

Часто задаваемые вопросы

В1: Можно ли использовать HC-SF352 с усилителем MR-J2S-350 или требуется более старый MR-J2-350?

HC-SF352 работает с обоими поколениями. Mitsubishi разработала усилители J2-Super (MR-J2S) для сохранения обратной совместимости с двигателями поколения J2. 14-битный энкодер HC-SF352 полностью поддерживается MR-J2S-350A, B и CP. Фактически, сопряжение HC-SF352 с усилителем MR-J2S-350 предпочтительнее использования более старого MR-J2-350, поскольку усилитель J2-Super обеспечивает лучшую автоматическую настройку, адаптивное подавление вибраций и улучшенные общие характеристики сервопривода.

В2: В чем разница между HC-SF352 и HC-SFS352?

Механически они идентичны — одинаковый фланец 176 × 176 мм, одинаковый диаметр вала, одинаковые монтажные размеры, одинаковая степень защиты IP65. Разница заключается в поколении энкодера. HC-SF352 имеет 14-битный энкодер (16 384 ппр) и совместим как с усилителями MR-J2, так и с MR-J2S. HC-SFS352 имеет 17-битный энкодер (131 072 ппр) и требует только усилитель MR-J2S. Если на машине установлен оригинальный усилитель MR-J2-350 первого поколения, подойдет только HC-SF352. Если машина оснащена MR-J2S-350, оба двигателя механически совместимы, но HC-SFS352 обеспечивает примерно в 8 раз более высокое разрешение энкодера.

В3: Как 16,7 Нм непрерывного крутящего момента соотносятся с конструкцией шариковинтовой оси?

Для практического сравнения: шариковинтовая передача с шагом 10 мм и разумной эффективностью (90%), приводимая в движение непрерывным крутящим моментом двигателя 16,7 Нм, может выдерживать осевое усилие подачи примерно 9,4 кН на столе. Это покрывает большинство столов обрабатывающих центров среднего и большого размера при нормальных скоростях резания. Пиковый крутящий момент 50,1 Нм соответствует примерно 28,2 кН пикового осевого усилия при ускорении на высокой скорости. Это порядковые величины — фактические значения зависят от шага винта, эффективности, предварительного натяга и трения — но они дают полезное представление о том, что означает непрерывный крутящий момент 16,7 Нм на самом распространенном механизме сервопривода.

В4: Где находится резервная батарея абсолютного энкодера в системе с HC-SF352?

14-битный энкодер HC-SF352 поддерживает абсолютный режим. Резервная батарея — обычно литиевая батарея MR-BAT — находится в сервоусилителе, а не в двигателе. На MR-J2S-350 держатель батареи доступен спереди усилителя. Замените его, когда усилитель отобразит сигнал низкого заряда батареи. Полная разрядка батареи сбрасывает абсолютный счетчик и требует цикла возврата к нулю перед тем, как ось сможет возобновить производство.

В5: Доступен ли еще HC-SF352, и какова замена текущего поколения?

HC-SF352 снят с производства, но остается доступным как избыточный и восстановленный товар у поставщиков промышленных автоматизированных деталей. Для машин, работающих с усилителями MR-J2 или MR-J2S, избыточные устройства HC-SF352 являются простым путем замены. Для новых конструкций машин или модернизации платформы эквивалентом текущего поколения является HG-SR352 (серия MR-J4, 3,5 кВт, 2000 об/мин, 22-битный энкодер, фланец 176 × 176 мм, IP67), который требует усилитель MR-J4-350. Модернизация с HC-SF352 до HG-SR352 требует одновременной замены двигателя и усилителя.