Mitsubishi HC-SFS153K (HCSFS153K) — Động cơ Servo AC 1.5kW, Trục có rãnh, Không có phanh, 3000 vòng/phút, Dòng MELSERVO J2-Super

Tổng quan sản phẩm

Mã sản phẩm: HC-SFS153K

Cũng được tìm kiếm dưới tên: HCSFS153K, HC SFS 153K, HC-SFS-153K

Dòng: Mitsubishi MELSERVO HC-SFS (Thế hệ J2-Super)

Phân loại: Động cơ Servo không chổi than AC quán tính trung bình — 1.5 kW, loại 200V, 3000 vòng/phút, Trục có rãnh, Không có phanh

Mở đầu: Một động cơ với mục đích cụ thể

Có những động cơ servo được thiết kế để linh hoạt và có những động cơ servo được thiết kế với giao diện cơ khí đặc biệt. Chiếc Mitsubishi HC-SFS153K nghiêng về loại thứ hai. Hậu tố "K" là yếu tố thiết kế quan trọng — một rãnh then được gia công trên trục, thay đổi cơ bản cách truyền mô-men xoắn từ động cơ đến bộ phận được dẫn động.

Với công suất 1.5kW và tốc độ 3.000 vòng/phút trên mặt bích 130 × 130 mm, HC-SFS153K nằm ở phân khúc nhỏ gọn của dòng servo công suất trung bình. Mô-men xoắn liên tục 4.78 Nm và mô-men xoắn đỉnh 14.3 Nm nằm trong dải thực tế cho các trục phụ máy công cụ, ổ đĩa băng tải tốc độ trung bình và bất kỳ cơ cấu nào mà khớp nối động cơ-tải phải chính xác và cơ khí dương.

Phía sau trục: bộ mã hóa tuyệt đối nối tiếp 17-bit giống như trên toàn bộ dòng J2-Super HC-SFS, với độ phân giải 131.072 xung/vòng, kết hợp với bộ khuếch đại MR-J2S-200.

Thông số kỹ thuật

Tại sao trục có rãnh lại thay đổi mọi thứ

Hầu hết các ứng dụng servo sử dụng trục thẳng trơn và khớp nối kẹp ma sát. Nó hoạt động tốt, phạm vi khớp nối rộng và lắp đặt đơn giản. Vậy khi nào thì trục có rãnh là câu trả lời đúng thay thế?

Câu trả lời liên quan đến những gì giao diện kẹp ma sát thực sự làm. Khớp nối trục chia hoặc khớp nối ép nhiệt truyền mô-men xoắn thông qua ma sát giữa lỗ trục và đường kính ngoài trục. Ma sát đó được thiết lập bởi lực kẹp khi lắp đặt — thường là vít định vị hoặc bu lông xuyên qua trục chia — và nó phải đủ lớn để chống lại mô-men xoắn đỉnh mà không bị trượt: trong trường hợp này, 14.3 Nm trong mỗi lần tăng tốc tạm thời, chu kỳ này qua chu kỳ khác, trong suốt tuổi thọ hoạt động của động cơ.

Trong điều kiện lý tưởng, khớp nối ma sát ở công suất 1.5kW xử lý điều này một cách đáng tin cậy. Trong các điều kiện kém lý tưởng hơn — nới lỏng khớp nối do rung động trong hàng nghìn giờ, chu kỳ nhiệt làm thay đổi nhẹ hình dạng kẹp, tải trọng va đập từ việc ăn khớp xích hoặc tiếp xúc răng bánh răng — biên độ an toàn có vẻ đủ khi lắp đặt có thể bị xói mòn. Khi điều đó xảy ra, sự trượt thường không liên tục và sai số vị trí nhỏ đến mức không có cảnh báo nào được kích hoạt. Trục phát triển vấn đề về độ lặp lại vị trí rất khó chẩn đoán vì nó chỉ xuất hiện khi trục hoạt động mạnh.

Rãnh then loại bỏ chế độ lỗi này. Rãnh then chiếm các khe khớp nhau ở cả trục và trục quay, truyền mô-men xoắn thông qua tiết diện cắt của nó thay vì thông qua ma sát. Đường truyền mô-men xoắn là cơ khí dương — nó không phụ thuộc vào lực kẹp, không suy giảm theo rung động và không bị lỏng theo chu kỳ nhiệt. Tải trọng chu kỳ, đảo chiều và tải trọng va đập sẽ thách thức giao diện ma sát sẽ không ảnh hưởng đến khớp nối có rãnh.

Đối với động cơ 1.5kW ở tốc độ 3.000 vòng/phút, nơi bộ phận được dẫn động — một bánh răng định thời, đầu vào bánh răng sâu, puli dây đai đồng bộ hoặc trục bánh răng — có lỗ trục có rãnh theo thiết kế hoặc theo yêu cầu của khách hàng, HC-SFS153K là lựa chọn đúng và tự nhiên. Không có sự đánh đổi về hiệu suất. Mô-men xoắn định mức 4.78 Nm và mô-men xoắn đỉnh 14.3 Nm giống hệt với HC-SFS153 trục thẳng.

1.5kW ở 3000 vòng/phút: Điểm hoạt động

Bốn phẩy bảy tám Newton-mét ở 3.000 vòng/phút là một sự kết hợp cụ thể phù hợp với một tập hợp các loại trục được xác định rõ ràng.

Nó có mô-men xoắn lớn hơn HC-SFS103 1kW (3.18 Nm ở cùng tốc độ), điều này trở nên quan trọng khi trục chịu tải trung bình trong toàn bộ phạm vi hoạt động thay vì chỉ trong các lần tăng tốc tạm thời. Động cơ 1kW mà trục thường xuyên yêu cầu gần 3.18 Nm liên tục đang hoạt động gần giới hạn nhiệt của nó với ít biên độ. HC-SFS153K với 4.78 Nm liên tục cung cấp cho cùng một trục đó dung lượng mô-men xoắn liên tục lớn hơn khoảng 50% — khoảng trống thể hiện ở nhiệt độ hoạt động thấp hơn, tuổi thọ cuộn dây dài hơn và giảm tần suất báo động quá tải trong các chu kỳ sản xuất khắt khe.

Tốc độ định mức 3.000 vòng/phút phục vụ cùng mục đích như trên toàn bộ phạm vi HC-SFS 3000 vòng/phút: cho phép kết nối trực tiếp với các cơ cấu cần tốc độ trục thay vì mô-men xoắn trục. Một vít me bước 5mm được dẫn động ở tốc độ 3.000 vòng/phút đạt tốc độ tuyến tính 15 m/phút — đủ nhanh cho nhiều trục phụ CNC mà không cần bộ giảm tốc. Ổ đĩa dây đai định thời với tỷ lệ 2:1 chuyển đổi điều này thành 1.500 vòng/phút ở trục được dẫn động trong khi nhân đôi mô-men xoắn có sẵn, đặt điểm làm việc gần hơn với nơi nhiều cơ cấu được dẫn động bằng bánh răng hoặc dây đai thực sự cần đến.

Tốc độ tối đa 4.500 vòng/phút mở rộng phạm vi hoạt động trên điểm định mức trong vùng công suất không đổi, nơi mô-men xoắn có sẵn giảm tỷ lệ thuận. Phạm vi mở rộng này hữu ích cho các giai đoạn di chuyển nhanh trên các trục định vị nơi tải nhẹ và yêu cầu mô-men xoắn di chuyển thấp hơn nhiều so với giá trị định mức.

Nằm giữa 103 và 203

Phạm vi HC-SFS 3000 vòng/phút trên mặt bích 130 × 130 mm chạy từ 500W (HC-SFS53) đến 2.000W (HC-SFS203) theo bốn bước. HC-SFS153K nằm ở bước thứ ba — trên HC-SFS103 1kW, dưới HC-SFS203 2kW, và chia sẻ cùng khung vật lý và giao diện lắp đặt với cả hai.

Một chi tiết đáng chú ý: cả HC-SFS153K và HC-SFS203K đều sử dụng cùng bộ khuếch đại MR-J2S-200. Mặt bích giống hệt, lắp đặt cơ khí giống nhau và kết hợp bộ khuếch đại giống nhau. Điều này có nghĩa là khung máy được thiết kế cho HC-SFS153K có thể chứa HC-SFS203K mà không cần thay đổi cơ khí hoặc bảng điện — điều chỉnh tham số duy nhất cần thiết là cài đặt bộ khuếch đại để nhận dạng động cơ mới. Đối với các ứng dụng có khả năng mở rộng công suất trong tương lai, đây là một sự linh hoạt thiết kế hữu ích.

Không có phanh: Lựa chọn mặc định phù hợp cho trục ngang có rãnh then

HC-SFS153K không có phanh điện từ. Đây là cấu hình phù hợp cho phần lớn các trục ngang và trục chịu tải đối xứng mà trục có rãnh then có ý nghĩa.

Các ứng dụng trục có rãnh then thường liên quan đến các khớp nối cơ khí — bánh răng định thời, trục bánh răng, trục đầu vào bánh răng sâu, puli dây đai — tất cả đều phổ biến nhất trên các cơ cấu ngang: ổ đĩa băng tải, hệ thống cấp liệu, bộ chia vòng quay trên mặt phẳng ngang, trục phụ trên các cụm máy lắp ngang. Trên các trục này, khóa servo thông qua vòng lặp vị trí kín của MR-J2S-200 hoàn toàn đủ để giữ vị trí khi nghỉ. Bộ mã hóa 17-bit giám sát góc trục liên tục; bộ khuếch đại cung cấp dòng điện hiệu chỉnh để giữ sai số theo dõi bằng không. Không có gì để phanh thêm vào trên một cơ cấu ngang, cân bằng.

Ưu điểm thực tế của cấu hình không phanh ở kích thước động cơ này là có thật. Không cần mạch phanh DC 24V trong bảng điều khiển. Không cần rơ le, không cần bộ chống đột biến. Không cần khóa MBR trong PLC. Không cần kiểm tra hao mòn phanh định kỳ trong lịch bảo trì. Động cơ nhẹ hơn và ngắn hơn so với phiên bản có phanh, điều này quan trọng trên các trục mà khối lượng động cơ góp phần vào quán tính của cấu trúc chuyển động.

HC-SFS153K với trục có rãnh và không có phanh mô tả một giao diện cơ khí đơn giản: trục quay được có rãnh và khóa, động cơ được kết nối với MR-J2S-200, và trục hoạt động sạch sẽ mà không cần phần cứng giữ bổ sung. Nơi trục thực sự thẳng đứng hoặc chịu tải trọng lực, HC-SFS153BK (trục có rãnh cộng với phanh lò xo) là thông số kỹ thuật phù hợp. Trên một máy có nhiều trục có công suất này, việc áp dụng bài kiểm tra trục thẳng đứng một cách có chủ ý cho từng trục và chỉ định tương ứng sẽ tạo ra thiết kế sạch sẽ hơn so với việc mặc định sử dụng phanh ở mọi nơi.

Bộ khuếch đại tương thích

HC-SFS153K được kết hợp với dòng bộ khuếch đại MR-J2S-200 — nền tảng J2-Super công suất 2kW. Mặc dù động cơ là 1.5kW, nhu cầu dòng điện ở tốc độ 3.000 vòng/phút yêu cầu lớp bộ khuếch đại 2kW thay vì MR-J2S-100 1kW. Điều này nhất quán trên toàn bộ phạm vi HC-SFS 3000 vòng/phút: cả HC-SFS153 và HC-SFS203 đều sử dụng MR-J2S-200.

MR-J2S-200A xử lý các lệnh tương tự và xung từ các hệ thống CNC, PLC và bộ điều khiển chuyển động bên ngoài. Các chế độ điều khiển vị trí, tốc độ và mô-men xoắn đều có sẵn, cùng với các tổ hợp chế độ chuyển mạch P/S, S/T và T/P. RS-232C kết nối với phần mềm cài đặt MR Configurator. Đây là lựa chọn tiêu chuẩn cho các ứng dụng máy công cụ và tự động hóa nói chung.

MR-J2S-200B kết nối với bộ điều khiển chuyển động dòng A và dòng Q của Mitsubishi qua bus nối tiếp cáp quang SSCNET. Tất cả các lệnh trục và phản hồi bộ mã hóa đều truyền qua mạng cáp quang. Yêu cầu cho các máy đa trục nơi chuyển động trục phối hợp — bánh răng điện tử, tạo đường viền, cấp liệu đồng bộ — được quản lý bởi bộ điều khiển chuyển động Mitsubishi.

MR-J2S-200CP tích hợp chức năng định vị một trục tích hợp với tối đa 31 vị trí bảng điểm, được kích hoạt bằng tín hiệu I/O kỹ thuật số hoặc tín hiệu mạng CC-Link. Đối với các trục định vị độc lập không yêu cầu phối hợp với các trục khác, CP loại bỏ chi phí của bộ điều khiển chuyển động chuyên dụng.

Ghi chú về khả năng tương thích. HC-SFS153K yêu cầu bộ khuếch đại MR-J2S-200. Nó không tương thích với bộ khuếch đại MR-J2-200 thế hệ đầu tiên, không thể giải mã giao thức bộ mã hóa 17-bit J2-Super. Đối với các máy chạy phần cứng MR-J2-200 gốc, HC-SF153K (trục có rãnh, bộ mã hóa 14-bit, cùng kích thước cơ khí) là động cơ phù hợp. Không tương thích với bộ khuếch đại MR-J3 hoặc MR-J4 nếu không có bộ chuyển đổi nâng cấp.

Ứng dụng điển hình

Trục chính ổ đĩa dây đai định thời và đồng bộ. Các trục máy nơi động cơ dẫn động bộ giảm tốc dây đai định thời — một cấu hình rất phổ biến trên động cơ servo 3.000 vòng/phút — sử dụng puli có rãnh then theo thực hành thiết kế tiêu chuẩn. Lực căng dây đai làm tải trước trục puli theo hướng xuyên tâm, và rãnh then ngăn puli quay trên trục dưới tải trọng xuyên tâm và tiếp tuyến kết hợp của ổ đĩa dây đai. Trục có rãnh then của HC-SFS153K chính xác là những gì các ổ đĩa này yêu cầu.

Ổ đĩa đầu vào bánh răng sâu. Bàn chia vòng quay, tháp pháo dẫn động servo và các cơ cấu định vị góc sử dụng bộ giảm tốc bánh răng sâu kết nối động cơ với trục bánh răng sâu thông qua một trục quay có rãnh then. Khả năng chống quay ngược của ổ đĩa bánh răng sâu có nghĩa là động cơ thường giữ vị trí thông qua bộ giảm tốc thay vì thông qua khóa servo, và giao diện có rãnh then đảm bảo khớp nối động cơ-bánh răng sâu là cơ khí dương trong suốt chu kỳ định vị và giai đoạn giữ.

Ổ đĩa xích trên hệ thống băng tải và truyền động. Các đoạn băng tải dẫn động servo và các cơ cấu truyền động sử dụng ổ đĩa xích lắp một bánh răng trên trục động cơ bằng lỗ trục có rãnh then. Ổ đĩa xích tạo ra tải trọng va đập không liên tục — mỗi lần ăn khớp mắt xích tạo ra một đỉnh mô-men xoắn ngắn — và giao diện có rãnh then xử lý các tải trọng va đập chu kỳ này một cách mạnh mẽ, nơi kẹp ma sát sẽ bị thách thức dần dần.

Ổ đĩa trục phụ máy công cụ CNC. Các trục quay bộ thay pallet, ổ đĩa băng đạn dao quay và ổ đĩa băng tải phoi trên các trung tâm gia công CNC thường sử dụng khớp nối có rãnh then tại giao diện động cơ-cơ cấu, đặc biệt là nơi trục kết nối với một cơ cấu bánh răng hiện có được thiết kế xung quanh đầu vào trục có rãnh then.

Trục dẫn động máy dệt và máy chuyển đổi. Các trục dẫn động trục cấp liệu và trục căng trên máy cắt, dây chuyền cán màng và thiết bị xử lý dệt may nơi trục quay được kết nối với trục dẫn động bằng rãnh then trong toàn bộ phạm vi sản phẩm. Việc thay thế động cơ trên các máy như vậy mà không thay đổi trục quay trở nên đơn giản khi động cơ mang cùng thông số kỹ thuật rãnh then.

Câu hỏi thường gặp

Q1: Tại sao HC-SFS153K sử dụng bộ khuếch đại MR-J2S-200 thay vì MR-J2S-100, mặc dù nó chỉ có 1.5kW?

Lớp bộ khuếch đại được xác định bởi nhu cầu dòng điện của động cơ, không chỉ bởi định mức công suất của nó. Ở tốc độ 3.000 vòng/phút và công suất 1.5kW, HC-SFS153K rút ra dòng điện vượt quá đầu ra định mức của MR-J2S-100. Bảng tương thích động cơ-bộ khuếch đại của Mitsubishi xác nhận MR-J2S-200 cho HC-SFS153 và HC-SFS203 ở tốc độ 3.000 vòng/phút. Điều này phù hợp với HC-SFS152 (1.5kW ở 2.000 vòng/phút) cũng sử dụng MR-J2S-200 — dải dòng điện ở sự kết hợp công suất và tốc độ này yêu cầu bộ khuếch đại lớn hơn bất kể công suất danh định của động cơ.

Q2: Sự khác biệt thực tế giữa HC-SFS153K (có rãnh) và HC-SFS153 (trục thẳng) là gì?

Thông số hiệu suất giống hệt nhau — cùng mô-men xoắn định mức 4.78 Nm, cùng mô-men xoắn đỉnh 14.3 Nm, cùng bộ mã hóa, cùng bộ khuếch đại. Sự khác biệt hoàn toàn là đường truyền mô-men xoắn trục-trục quay. Rãnh then được gia công của HC-SFS153K truyền mô-men xoắn cơ học thông qua tiết diện cắt của rãnh then; trục thẳng của HC-SFS153 dựa vào kẹp ma sát từ trục quay. Phiên bản có rãnh then phù hợp khi bộ phận được dẫn động có lỗ trục có rãnh, khi cơ cấu liên quan đến đảo chiều chu kỳ hoặc tải trọng va đập, hoặc khi tính toàn vẹn đường truyền mô-men xoắn lâu dài dưới rung động là ưu tiên thiết kế. Đối với các khớp nối chính xác có lỗ trục trơn trên các trục ngang sạch sẽ, HC-SFS153 trục thẳng đơn giản hơn và đáng tin cậy như nhau.

Q3: HC-SFS153K có thể thay thế cho HC-SF153K trên máy chạy bộ khuếch đại MR-J2-200 thế hệ đầu tiên không?

Không. Bộ mã hóa 17-bit của HC-SFS153K không tương thích với bộ khuếch đại MR-J2-200 thế hệ đầu tiên. Chỉ có HC-SF153K (trục có rãnh, bộ mã hóa 14-bit) tương thích với phần cứng MR-J2-200 gốc. Nếu máy đã được nâng cấp lên bộ khuếch đại MR-J2S-200, HC-SFS153K là một sự thay thế trực tiếp về mặt cơ khí, và độ phân giải bộ mã hóa cao hơn là một lợi ích tự động.

Q4: Pin dự phòng cho bộ mã hóa tuyệt đối ở đâu?

Pin — pin lithium Mitsubishi A6BAT — nằm bên trong bộ khuếch đại servo MR-J2S-200, không phải trong động cơ. Nó duy trì bộ đếm tuyệt đối đa vòng trong các khoảng thời gian tắt nguồn. Thay thế nó khi có cảnh báo pin yếu đầu tiên từ bộ khuếch đại. Đừng trì hoãn: pin hết hoàn toàn sẽ đặt lại bộ đếm đa vòng, yêu cầu chu kỳ quay về điểm tham chiếu khi khởi động tiếp theo trước khi trục có thể trở lại sản xuất. Trên các máy có độ sẵn sàng cao, cảnh báo pin yếu nên được coi là một nhiệm vụ bảo trì ngay lập tức.

Q5: HC-SFS153K đã ngừng sản xuất. Các lựa chọn tìm nguồn cung ứng và nâng cấp là gì?

HC-SFS153K vẫn có sẵn dưới dạng hàng tồn kho dư thừa và các đơn vị đã được tân trang lại đã được kiểm tra thông qua các chuyên gia linh kiện servo của Mitsubishi, làm cho nó trở thành một lựa chọn thực tế để bảo trì các máy nền tảng J2-Super hiện có. Đối với các thiết kế máy mới hoặc nâng cấp nền tảng đầy đủ, tương đương thế hệ hiện tại lấy từ dòng HG-KR hoặc HF-KP với bộ khuếch đại MR-J4 hoặc MR-JE — nhưng cả động cơ và bộ khuếch đại phải được thay thế cùng nhau vì giao thức bộ mã hóa không tương thích. Đối với các máy có nhiều đơn vị HC-SFS153K mà bộ khuếch đại vẫn còn hoạt động, việc duy trì nền tảng J2-Super hiện có thông qua việc tìm nguồn cung ứng động cơ dư thừa thường hiệu quả về chi phí hơn là nâng cấp toàn bộ hệ thống truyền động.