Mitsubishi HC-MFS73 (HCMFS73) — 750 Вт AC серводвигатель, прямой вал, без тормоза, 3000 об/мин, серия MELSERVO J2-Super

Обзор продукта

Номер детали: HC-MFS73

Также ищут как: HCMFS73, HC MFS 73, HC-MFS-73

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

Классификация: AC бесщеточный серводвигатель с ультранизкой инерцией — 750 Вт, класс 200 В, 3000 об/мин, прямой вал, без тормоза

Отправная точка: Философия ультранизкой инерции

Большинство серводвигателей в линейке MELSERVO — семейства HC-SF, HC-SFS и HC-KFS — описываются как конструкции со средней или низкой инерцией. HC-MFS73 относится к совершенно другой категории: ультранизкая инерция. Это не косметическое отличие. Это преднамеренный компромисс в конструкции, который определяет место этого двигателя и почему ничто другое не может его заменить в тех приложениях, для которых он предназначен.

Двигатели с ультранизкой инерцией изготавливаются с роторами небольшого диаметра и малой массы. Это позволяет максимально снизить момент инерции ротора при заданном уровне мощности. В результате сам двигатель вносит очень малый вклад в общую инерцию, которую усилитель должен ускорять и замедлять при каждом движении. Когда инерция нагрузки, отраженная на валу двигателя, также невелика — что типично для компактных, быстродействующих машин, на которые ориентирована эта серия — отклик оси исключительно быстр.

При мощности 750 Вт и скорости 3000 об/мин HC-MFS73 является самым крупным двигателем в линейке HC-MFS с ультранизкой инерцией. Он сочетает в себе 17-битный абсолютный энкодер поколения J2-Super с разрешением 131 072 отсчетов/оборот и конструкцию ротора с ультранизкой инерцией — обеспечивая точность энкодера премиальных серий HC-KFS и HC-SFS в двигателе, оптимизированном для циклов коротких перемещений с высокой частотой. Прямой вал, без тормоза, фланец 80 × 80 мм, защита IP55.

Технические характеристики

Преимущество ультранизкой инерции при 750 Вт

Существует определенный рабочий цикл, который определяет рынок для серводвигателей с ультранизкой инерцией, и понимание его объясняет, почему HC-MFS73 существует при мощности 750 Вт, а не просто масштабируется от меньшего двигателя с ультранизкой инерцией.

Представьте ось, которая должна выполнять сотни коротких позиционирующих перемещений в минуту. Каждое перемещение составляет от нескольких миллиметров до нескольких десятков миллиметров. Время выдержки в каждой позиции измеряется долями секунды. Время цикла является ограничением производительности машины. Ускорение каждого перемещения — более короткая рампа ускорения, более быстрое стабилизация, более короткое замедление — напрямую увеличивает количество деталей, производимых машиной в час.

Два фактора определяют, насколько быстро ось может завершить перемещение при заданном уровне крутящего момента: общая инерция, которую необходимо ускорять и замедлять, и крутящий момент, доступный для этого. Снижение инерции ротора уменьшает общую инерцию, которую доступный крутящий момент должен преодолеть. При заданном пиковом крутящем моменте — 7,2 Нм в случае HC-MFS73 — ось с меньшей инерцией быстрее достигает целевой скорости и быстрее замедляется до остановки. Перемещение занимает меньше времени. Машина работает быстрее.

Именно поэтому двигатели с ультранизкой инерцией имеют конструктивную надбавку для применений с высокой частотой циклов. Пиковый крутящий момент 7,2 Нм от HC-MFS73 такой же, как у HC-KFS73 — двигателя с низкой инерцией при той же мощности. Разница заключается в инерции ротора. В то время как ротор HC-KFS73 вносит больший вклад в общую инерцию оси, ультранизкая инерция ротора HC-MFS73 направляет большую часть этого пикового крутящего момента 7,2 Нм на ускорение нагрузки, а не самого двигателя.

При мощности 750 Вт этот двигатель обслуживает приложения, которые переросли 400-ваттный HC-MFS43 — где нагрузка немного больше, перемещение немного длиннее или требуемый постоянный крутящий момент немного выше — но по-прежнему основаны на той же философии дизайна ультранизкой инерции.

Сравнение HC-MFS73 и HC-MF73: Поколение имеет значение

У HC-MFS73 есть прямой предшественник в платформе первого поколения MR-J2: HC-MF73. Оба являются 750-ваттными, 3000 об/мин, двигателями с ультранизкой инерцией на фланце 80 × 80 мм. Их характеристики крутящего момента идентичны. Но это не взаимозаменяемые двигатели:

Увеличение разрешения энкодера — от энкодера поколения J2 до 17-битного устройства с разрешением 131 072 отсчетов/оборот в HC-MFS73 — является наиболее значительным отличием в производительности. Восьмикратное увеличение разрешения означает более точную обратную связь по скорости, более плавную работу на низких скоростях, лучшую производительность при ошибке слежения во время быстрых перемещений и возможность абсолютного позиционирования, которая предотвращает необходимость выполнения процедур возврата в исходное положение при каждом запуске.

Улучшение степени защиты с IP44 до IP55 означает, что HC-MFS73 устойчив к направленным струям воды с любого направления, а не только к брызгам — полезное обновление для машин в условиях повышенной влажности.

Совместимость усилителей — это то, что делает различие поколений обязательным: HC-MF73 не может быть подключен к усилителю MR-J2S-70, а HC-MFS73 не может быть подключен к усилителю MR-J2-70 первого поколения. Сопоставляйте двигатель с поколением усилителя на обслуживаемой машине.

Без тормоза: правильная спецификация для горизонтальных осей с высокой частотой циклов

HC-MFS73 не имеет электромагнитного тормоза. Положение в покое поддерживается сервоблокировкой усилителя MR-J2S-70 — замкнутый контур положения, непрерывная обратная связь от энкодера с 131 072 отсчетами на оборот, корректирующий ток, поддерживающий нулевую ошибку слежения в каждой позиции выдержки между перемещениями.

Для категории приложений, для которых предназначены двигатели с ультранизкой инерцией — горизонтальные оси сборочных машин, механизмы захвата и перемещения, XY-позиционирующие столы и высокоскоростные механизмы подачи и транспортировки — сервоблокировка полностью адекватна, и конфигурация без тормоза является естественным выбором. Эти оси горизонтальны. Нагрузки легкие. Гравитационная сила не действует вдоль направления вращения вала в покое. Добавление тормоза к этим осям потребовало бы цепи постоянного тока 24 В, реле, подавления перенапряжений, логики блокировки MBR и периодического осмотра тормоза — без какой-либо функциональной отдачи.

Существует также тонкий динамический аргумент в пользу варианта без тормоза на осях с высокой частотой циклов. Каждый раз, когда тормоз включается и выключается, он добавляет задержку в начале и конце каждого перемещения во время работы реле MBR. На оси, выполняющей сотни перемещений в минуту, эта задержка за тысячи циклов в час накапливается. Двигатель без тормоза полностью устраняет это — ось движется, как только приходит команда сервопривода, и останавливается точно тогда, когда траектория этого требует.

Расчет меняется для вертикальных или наклонных осей, где нагрузка будет двигаться под действием силы тяжести при отключенном сервоприводе. Для этих приложений правильным двигателем является HC-MFS73B (прямой вал, пружинный тормоз). Конструкция с пружинным приводом механически удерживает ось в момент снятия напряжения 24 В с катушки — отказоустойчивое поведение, которое сервоблокировка не может обеспечить. На машине со смесью горизонтальных и вертикальных осей с ультранизкой инерцией выбор HC-MFS73 для горизонтальных и HC-MFS73B для вертикальных обеспечивает правильный результат для обоих.

17-битный энкодер на двигателе с ультранизкой инерцией

Оси с ультранизкой инерцией и высокой частотой циклов могут показаться приложениями, наименее нуждающимися в 131 072 отсчетах энкодера на оборот. Если перемещения короткие и быстрые, действительно ли имеет значение мелкое угловое разрешение?

Оно имеет значение способами, которые не сразу очевидны из основного описания приложения.

Обратная связь по скорости при быстром ускорении. В момент пикового крутящего момента — 7,2 Нм, разгоняющего ось от покоя до максимальной скорости за кратчайшее возможное время — вал быстро ускоряется. Более грубый энкодер обеспечивает меньше обновлений положения в единицу времени на этом этапе, делая вычисление скорости более шумным, а управление крутящим моментом менее точным именно тогда, когда точность наиболее важна. 17-битный энкодер с высокой частотой счета обеспечивает чистую обратную связь по скорости на протяжении всей рампы ускорения, позволяя использовать более высокую полосу пропускания усиления сервопривода без нестабильности.

Время стабилизации в положении. После быстрого перемещения ось должна быстро стабилизироваться в заданном положении и оставаться там. Более мелкое разрешение энкодера дает контуру положения более точное представление об угле вала и более жесткий контроль над небольшими коррекциями положения во время стабилизации. Разница во времени стабилизации между абсолютным энкодером с высоким разрешением и более грубым инкрементальным энкодером измерима на высокопроизводительных осях.

Знание положения при отключении питания. Сборочные машины и оборудование для обработки часто циклически включают питание между производственными сменами, во время окон обслуживания и после любой аварийной остановки. 17-битный абсолютный энкодер сохраняет точный угол вала и многооборотный счет при всех отключениях питания, поддерживаемый батареей A6BAT в усилителе MR-J2S-70. На машине со множеством осей с ультранизкой инерцией устранение процедуры возврата в исходное положение для всех них при каждом запуске — вместо последовательного возврата в исходное положение каждой оси — экономит реальное время и упрощает последовательность запуска.

Расположение батареи. A6BAT находится в усилителе MR-J2S-70, а не в двигателе. Замените ее при первом сигнале низкого заряда батареи. Полная разрядка сбрасывает многооборотный счетчик и требует возврата в исходное положение при следующем запуске.

Совместимые усилители

HC-MFS73 требует усилитель MR-J2S-70 — платформа J2-Super мощностью 750 Вт. Три варианта интерфейса:

MR-J2S-70A принимает импульсные команды положения от ЧПУ-контроллеров и ПЛК, а также аналоговые ссылки скорости и крутящего момента. Доступны все режимы управления. RS-232C подключается к MR Configurator для ввода в эксплуатацию и настройки. Для осей сборочных машин с высокой частотой циклов, приводов машин захвата и перемещения и любых приложений, где источником команды является внешний контроллер, это стандартный выбор.

MR-J2S-70B подключается к контроллерам движения Mitsubishi серий A и Q через оптоволоконную последовательную шину SSCNET. Для машин, где оси с ультранизкой инерцией должны координироваться с другими осями под управлением контроллера движения — роботизированная рука, где все суставы управляются сервоприводами и должны двигаться в определенных геометрических соотношениях — шина SSCNET обеспечивает синхронизацию осей в реальном времени, которую не могут обеспечить импульсные и аналоговые интерфейсы.

MR-J2S-70CP обеспечивает встроенное одноосное позиционирование с до 31 сохраненной позицией в таблице точек, активируемой цифровым вводом/выводом или командой CC-Link. Для автономных индексированных осей, которые не требуют синхронизации в реальном времени с другими осями, CP устраняет стоимость выделенного контроллера движения.

Примечания о совместимости. HC-MFS73 несовместим с усилителем MR-J2-70 первого поколения, который не может декодировать 17-битный протокол энкодера J2-Super. Для машин, работающих на оригинальном оборудовании MR-J2-70, правильным двигателем является HC-MF73 (та же механическая спецификация, энкодер поколения J2). Несовместим с усилителями MR-J3 или MR-J4 без комплекта адаптера обновления.

Линейка HC-MFS с ультранизкой инерцией: где находится 73

HC-MFS73 является самым крупным двигателем в семействе J2-Super с ультранизкой инерцией HC-MFS — вершиной линейки. Он имеет фланец 80 × 80 мм с HC-MFS43, расположенным непосредственно под ним. Постоянное соотношение пикового и непрерывного крутящего момента 3:1 сохраняется на всех пяти ступенях мощности.

Каждая мощность в линейке HC-MFS доступна в различных конфигурациях вала и тормоза: прямой вал без тормоза (HC-MFS73), прямой вал с тормозом (HC-MFS73B), вал со шпоночным пазом (HC-MFS73K) и вал со шпоночным пазом с тормозом (HC-MFS73BK). Все они используют усилитель MR-J2S-70 при этой мощности. Также доступны варианты с редуктором (тип фланца G1, тип вала G2, прецизионные типы G5 и G7) — сопряжение усилителя MR-J2S-70 остается неизменным независимо от конфигурации редуктора.

Типичные применения

Приводы машин захвата и перемещения с высокой частотой циклов. Основные позиционирующие оси оборудования для сборки электронных компонентов типа «захват и перемещение», работающего с сотнями размещений в минуту. Ультранизкая инерция позволяет выполнять быстрые перемещения на короткие расстояния между позициями компонентов; 17-битный абсолютный энкодер обеспечивает точные координаты размещения без возврата в исходное положение при запуске; мощность 750 Вт позволяет справляться с немного более тяжелыми портальными конструкциями и большими диапазонами перемещений сборочных машин среднего формата.

Приводы для обработки полупроводников и плоских дисплеев. Приводы манипуляторов для переноса пластин, оси позиционирования подложек и механизмы загрузчиков кассет в оборудовании для производства полупроводников и плоских дисплеев. Эти механизмы перемещают легкие нагрузки по точным траекториям с высокой частотой циклов в чистых помещениях — именно тот рабочий профиль, для которого был разработан HC-MFS73.

Приводы суставов роботов, требующие высокой отзывчивости. Вторичные оси суставов небольших SCARA-роботов, приводы локтей легких шарнирных манипуляторов и оси перемещения в декартовых портальных роботах. Ультранизкая инерция обеспечивает управление положением с высокой полосой пропускания, необходимое для плавного следования по траектории при частоте обновления данных на скорости робота; мощность 750 Вт позволяет справляться с нагрузками на суставы, превышающими возможности HC-MFS43.

Позиционирование головки для лазерной резки и маркировки. Оси позиционирования легкой режущей головки в машинах для лазерной обработки малого и среднего размера, где комбинированная масса головки требует мощности 750 Вт, но быстрый цикл сканирования и позиционирования требует производительности ускорения с ультранизкой инерцией. 17-битный энкодер поддерживает мелкие приращения положения, используемые при проходах маркировки на низкой скорости.

Высокоскоростные оси подачи и регистрации упаковочных машин. Приводы протяжки пленки, оси коррекции регистрации и механизмы разнесения продуктов на упаковочных линиях, где ось должна быстро реагировать на коррекции регистрационных меток и поддерживать синхронизацию со скоростью линии через непрерывный поток небольших корректировок скорости. Ультранизкая инерция обеспечивает быстрый отклик крутящего момента, необходимый этим контурам управления регистрацией.

Часто задаваемые вопросы

В1: В чем разница между HC-MFS73 и HC-KFS73?

Оба являются 750-ваттными, 3000 об/мин двигателями J2-Super на фланце 80 × 80 мм с 17-битными абсолютными энкодерами и защитой IP55, и оба выдают 2,4 Нм непрерывного и 7,2 Нм пикового крутящего момента. Разница заключается в классе инерции ротора. HC-MFS73 имеет ультранизкую инерцию — ротор, разработанный с минимальной массой для максимальной отзывчивости при ускорении ценой несколько более низкой номинальной мощности при заданном объеме ротора. HC-KFS73 имеет низкую инерцию — немного другой компромисс в конструкции. Оба используют усилитель MR-J2S-70. Выбирайте HC-MFS73 для осей с легкой нагрузкой и высокой частотой циклов, где скорость ускорения является движущей силой производительности. Выбирайте HC-KFS73 для осей, где более низкое соотношение несоответствия инерции или незначительно более высокая номинальная мощность при заданном размере корпуса является приоритетом.

В2: Можно ли использовать HC-MFS73 с усилителем MR-J2-70 первого поколения?

Нет. HC-MFS73 использует 17-битный протокол энкодера J2-Super, который усилитель MR-J2-70 первого поколения не может прочитать. Подключение этого двигателя к MR-J2-70 приведет к ошибке связи с энкодером сразу после запуска. Для машин, работающих на оригинальном оборудовании MR-J2-70, правильным двигателем является HC-MF73 — та же механическая рама, те же номинальные характеристики крутящего момента, энкодер поколения J2, совместимый с MR-J2-70.

В3: Достаточна ли степень защиты IP55 для сред, близких к операциям механической обработки?

IP55 обеспечивает полную защиту от проникновения пыли (пыленепроницаемость) и защиту от направленных струй воды под любым углом. Этого достаточно для большинства промышленных помещений вне зоны резки станков — общая сборка, производство электроники, упаковка и оборудование для обработки. Для осей, физически расположенных внутри зоны резки обрабатывающего центра, где охлаждающая жидкость непосредственно попадает на корпус двигателя, предпочтительнее IP65, и следует рассмотреть двигатели из серий HC-KFS или HC-SFS. IP55 является значительным улучшением по сравнению с IP44 у HC-MF73, что делает HC-MFS73 более подходящим для сред с периодическим воздействием влаги.

В4: Где находится резервная батарея абсолютного энкодера?

Литиевая батарея Mitsubishi A6BAT находится внутри сервоусилителя MR-J2S-70, а не в двигателе. Она поддерживает 17-битный многооборотный абсолютный счетчик при всех отключениях питания. Замените ее при первом сигнале низкого заряда батареи от усилителя. При полной разрядке счетчик абсолютного положения сбрасывается, и перед возобновлением производства требуется цикл возврата в исходное положение. В приложениях сборочных машин, где возврат в исходное положение требует определенной последовательности очистки, предотвращение этого путем своевременной замены батареи является простым.

В5: Доступен ли еще HC-MFS73, и каков эквивалент текущего поколения?

HC-MFS73 снят с производства Mitsubishi, но остается доступным через дилеров излишков промышленной автоматизации и специализированных поставщиков сервоприводов Mitsubishi как новый старый запас и протестированные восстановленные единицы. Для машин, использующих оборудование J2-Super, этот путь поиска является практичным. Для новых конструкций машин или полных обновлений платформы эквивалентом текущего поколения является HG-MR73 (серия MR-J4, 750 Вт, 3000 об/мин, прямой вал, 22-битный абсолютный энкодер с разрешением 4 194 304 отсчетов/оборот, фланец 80 × 80 мм, IP65) в паре с усилителем MR-J4-70. HG-MR73 превосходит HC-MFS73 более высоким разрешением энкодера, лучшей степенью защиты и производительностью сервоплатформы текущего поколения — но и двигатель, и усилитель должны быть заменены вместе, поскольку протоколы энкодеров несовместимы.