Mitsubishi HC-SFS202 (HCSFS202) — Động cơ Servo AC 2kW, Trục thẳng, Không phanh, 2000 vòng/phút, Dòng MELSERVO J2-Super

Tổng quan sản phẩm

Mã sản phẩm: HC-SFS202

Cũng được tìm kiếm dưới dạng: HCSFS202, HC SFS 202, HC-SFS-202

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

Phân loại: Động cơ Servo không chổi than AC quán tính trung bình — 2 kW, loại 200V, 2000 vòng/phút, Trục thẳng, Không phanh

Tổng quan về động cơ

Mitsubishi HC-SFS202 là điểm khởi đầu cho dòng HC-SFS 2000 vòng/phút có khung lớn hơn — mẫu đầu tiên trong phạm vi 2000 vòng/phút chuyển từ mặt bích 130 × 130 mm sang mặt lắp 176 × 176 mm. Sự chuyển đổi đó rất quan trọng: nó đánh dấu ranh giới giữa động cơ servo loại nhỏ gọn và các bộ phận khung trung bình dành cho các trục có tải nặng hơn, yêu cầu mô-men xoắn cao hơn và chu kỳ làm việc khắt khe hơn.

Với công suất 2kW, mô-men xoắn liên tục 9,55 Nm và mô-men xoắn đỉnh 28,6 Nm, HC-SFS202 nằm trong dải công suất được sử dụng phổ biến nhất trong tự động hóa công nghiệp nói chung. Các trục cấp liệu máy công cụ, ổ đĩa băng tải trọng trung bình, bàn xoay chỉ mục, điều khiển độ căng quấn — dải mô-men xoắn này bao phủ một phần rất lớn các ứng dụng mà các nhà thiết kế máy gặp phải hàng ngày. Đây không phải là một động cơ chuyên dụng. Theo nhiều khía cạnh, đây là động cơ chủ lực của dòng HC-SFS.

Điều làm nó đáng tin cậy là nền tảng J2-Super bên dưới: một bộ mã hóa tuyệt đối nối tiếp 17 bit ở 131.072 ppr, vị trí tuyệt đối đa vòng được hỗ trợ bởi pin A6BAT trong bộ khuếch đại MR-J2S-200, tự động điều chỉnh thời gian thực, triệt tiêu rung động thích ứng và một bộ chức năng bảo vệ đầy đủ. Cấu hình trục thẳng và không phanh đại diện cho sự tích hợp cơ khí và điện đơn giản nhất có thể — không yêu cầu gia công rãnh then trên trục, không cần dây nối rơle phanh, không cần logic MBR trong PLC.

Thông số kỹ thuật

Tại sao 2kW ở 2000 vòng/phút lại là điểm thiết kế phổ biến như vậy

Chín phẩy năm lăm Newton-mét ở 2.000 vòng/phút. Điểm hoạt động đó xuất hiện trên một loạt lớn các máy móc công nghiệp thực tế, và có một lý do đơn giản cho điều đó.

Ở tốc độ 2.000 vòng/phút, tốc độ động cơ đủ thấp để truyền động trực tiếp các vít me bi bước ren trung bình và các bộ truyền bánh răng — mà không cần giai đoạn giảm tốc trung gian làm tăng quán tính, độ rơ và độ phức tạp cơ khí. Tuy nhiên, nó đủ nhanh để đạt được tốc độ tuyến tính thực tế trên cùng các vít me bi đó mà không chạy động cơ vượt quá phạm vi hoạt động nhiệt của nó. Một vít me bi bước ren 10mm được truyền động ở tốc độ 2.000 vòng/phút tạo ra tốc độ cấp liệu tuyến tính 20 m/phút. Trên trục cấp liệu máy công cụ CNC, 20 m/phút là tốc độ di chuyển nhanh thoải mái. Trên bộ truyền động con thoi, nó nhanh và hiệu quả. Trên ổ đĩa quấn, 2.000 vòng/phút cung cấp dải tốc độ có ý nghĩa cho sự thay đổi đường kính cuộn.

Mô-men xoắn liên tục 9,55 Nm cũng được đặt ở vị trí tốt. Nó đủ để truyền động vít me bi bước ren 10mm chống lại tải trọng bàn vài trăm kilôgam ở gia tốc trung bình. Nó bao phủ các bộ phận băng tải trọng trung bình dưới tải sản xuất đầy đủ. Nó duy trì điều khiển độ căng không đổi trên ổ đĩa quấn trong phạm vi đường kính làm việc. Nó cung cấp năng lượng cho bàn xoay chỉ mục thông qua các chu kỳ đa trạm.

Mô-men xoắn đỉnh 28,6 Nm — chính xác gấp ba lần mô-men xoắn liên tục — xử lý các giai đoạn tăng tốc và giảm tốc của mỗi chu kỳ định vị. Đó là các quá độ ngắn so với pha vận tốc không đổi ở mô-men xoắn định mức; ngân sách nhiệt của động cơ hấp thụ chúng mà không có vấn đề gì, và mô hình nhiệt điện tử của MR-J2S-200 theo dõi tải tích lũy để đảm bảo báo động bảo vệ ngắt trước khi cuộn dây đạt đến nhiệt độ gây hại.

Tất cả những điều này cộng lại tạo ra một động cơ phù hợp với yêu cầu mô-men xoắn và tốc độ của một loạt các trục công nghiệp nói chung mà không cần phải quá khổ hoặc thiết kế cơ khí sáng tạo để nó hoạt động.

Trục thẳng: Tùy chọn khớp nối và lựa chọn

Trục thẳng của HC-SFS202 — không có rãnh then, không có mặt phẳng, đường kính ngoài hình trụ tiêu chuẩn — là điểm khởi đầu phổ quát cho thiết kế khớp nối động cơ servo. Mọi loại khớp nối chính cho ứng dụng servo đều hoạt động với trục thẳng: khớp nối hàm, khớp nối ống thổi, khớp nối Oldham, khớp nối đĩa và trục đai thời gian khóa côn đều kẹp vào đường kính ngoài trục bằng cách sử dụng trục chia hoặc ép co nhiệt.

Với mô-men xoắn liên tục 9,55 Nm và mô-men xoắn đỉnh 28,6 Nm, việc lựa chọn khớp nối phải tính đến giá trị đỉnh, không chỉ mô-men xoắn định mức. Một khớp nối hàm được định cỡ cho mô-men xoắn định mức 9,55 Nm sẽ ở giới hạn trong các chu kỳ tăng tốc mạnh ở mô-men xoắn đỉnh 28,6 Nm. Thực hành tiêu chuẩn là chọn khớp nối ở mức 1,5–2 lần mô-men xoắn đỉnh khi tải có đầu vào sốc, và ở giá trị mô-men xoắn đỉnh khi tải chỉ là quán tính. Dù bằng cách nào, 28,6 Nm là con số chi phối việc định cỡ khớp nối, không phải là con số định mức 9,55 Nm.

Đối với các ứng dụng yêu cầu hoặc ưu tiên trục có then hoa — bánh xích, một số puli thời gian, trục đầu vào bánh răng — HC-SFS202K (trục có then hoa, không phanh) giống hệt về mặt cơ khí về mọi mặt khác và sử dụng cùng bộ khuếch đại MR-J2S-200. Thông số hiệu suất không thay đổi. Sự khác biệt duy nhất là rãnh then được gia công trên trục.

Lắp trục: phương pháp bu lông kéo ở khung 176 × 176 mm. Hướng dẫn sử dụng của Mitsubishi nhất quán về điểm này đối với động cơ khung lớn: luôn sử dụng lỗ ren ở đầu trục và bu lông kéo để kéo khớp nối hoặc trục vào theo chiều trục. Không bao giờ ép hoặc đóng búa. Động cơ khung 176 × 176 mm có trục dài hơn các bộ phận khung 130 × 130 mm, và tải trọng va đập trong quá trình lắp trục truyền qua trục đến đĩa bộ mã hóa và ổ trục phía sau. Thiệt hại do đó — thường là hư hỏng ổ trục bộ mã hóa nhỏ hoặc lệch tâm đĩa bộ mã hóa — thường không tạo ra cảnh báo ngay lập tức. Nó xuất hiện sau vài tuần hoặc vài tháng dưới dạng lỗi nhiễu bộ mã hóa không liên tục dưới rung động, có thể mất nhiều công sức chẩn đoán để truy ngược lại sự kiện lắp đặt. Ba mươi giây bổ sung với bu lông kéo loại bỏ hoàn toàn rủi ro này.

Không phanh: Khi Khóa Servo là Giải pháp Đúng đắn

HC-SFS202 không có phanh điện từ. Vị trí khi nghỉ được duy trì bởi khóa servo vòng kín của bộ khuếch đại MR-J2S-200 — vòng định vị vẫn hoạt động, bộ mã hóa 17 bit giám sát góc trục ở độ phân giải cao và bộ khuếch đại cung cấp bất kỳ dòng điện nào cần thiết để giữ vị trí đã lệnh. Trên một trục khỏe mạnh với cài đặt độ lợi phù hợp, điều này giữ vị trí trong phạm vi một hoặc hai đếm bộ mã hóa — về cơ bản là không có chuyển động nhìn thấy được.

Đối với các trục ngang và các cơ cấu được tải đối xứng, nơi không có lực hấp dẫn hoặc lực lò xo tác dụng theo hướng quay trục, khóa servo hoàn toàn đáng tin cậy và đầy đủ. Không có lý do cơ khí nào để thêm phanh, và những lợi thế của cấu hình không phanh là hữu hình: dây nối bảng điều khiển đơn giản hơn, không có rơle, không có mạch phanh 24V, không có bộ phận chống đột biến, không có trình tự khóa MBR trong PLC, không cần kiểm tra đĩa phanh định kỳ và động cơ nhẹ hơn biến thể có phanh tương đương.

Câu hỏi kỹ thuật cần đặt ra cho mỗi trục trong máy là đơn giản: nếu dòng servo giảm xuống không một cách bất ngờ, trục có di chuyển dưới bất kỳ lực còn lại nào không? Nếu câu trả lời là không — bàn ngang, bộ chỉ mục quay cân bằng đối xứng, bộ phận băng tải phẳng — thì HC-SFS202 không có phanh là thông số kỹ thuật chính xác và đầy đủ. Nếu câu trả lời là có — trục Z thẳng đứng, trục nghiêng, cơ cấu tải trọng hấp dẫn — thì HC-SFS202B (trục thẳng có phanh điện từ lò xo) là bắt buộc. Cả hai đều sử dụng cùng bộ khuếch đại MR-J2S-200.

Trên một máy có nhiều trục servo ở công suất này, áp dụng bài kiểm tra này một cách có hệ thống và lựa chọn phù hợp — thay vì mặc định sử dụng phanh trên tất cả các trục — tạo ra thiết kế máy đơn giản hơn với số lượng bộ phận ít hơn.

Bộ mã hóa 17 bit trong sản xuất hàng ngày

Bộ mã hóa tích hợp trong HC-SFS202 là bộ mã hóa tuyệt đối nối tiếp 17 bit của Mitsubishi, cung cấp 131.072 vị trí góc riêng biệt mỗi vòng quay trục cùng với bộ đếm tuyệt đối đa vòng được duy trì qua quá trình tắt nguồn bằng pin A6BAT trong bộ khuếch đại.

Trong thực tế, điều này có nghĩa là gì đối với một máy sản xuất là đơn giản:

Khởi động không cần định vị gốc. Khi máy bật nguồn sau khi nghỉ cuối tuần, sau khi dừng bảo trì hoặc sau khi dừng khẩn cấp, MR-J2S-200 sẽ đọc ngay góc trục tuyệt đối. Bộ điều khiển biết vị trí trục chính xác mà không cần bất kỳ chuyển động trục nào. Sản xuất có thể tiếp tục trực tiếp. Đối với các máy mà quy trình định vị gốc yêu cầu di chuyển qua vùng nguy hiểm, hoặc nơi vị trí trục khi tắt máy là quan trọng và phải được biết chính xác cho trình tự khởi động lại, đây không phải là sự tiện lợi — đây là yêu cầu chức năng.

Phản hồi vận tốc có độ phân giải cao. Ở 131.072 đếm mỗi vòng quay, vòng vận tốc có dữ liệu vị trí cực kỳ chi tiết để làm việc, ngay cả ở tốc độ trục thấp. Đây là một lý do tại sao các trục J2-Super chạy mượt mà ở tốc độ cấp liệu thấp mà không bị gợn sóng vận tốc — độ phân giải phản hồi đủ cao để thuật toán điều khiển luôn có thông tin vận tốc chính xác bất kể trục quay chậm như thế nào. Đối với các ứng dụng như ổ đĩa quấn tốc độ chậm, trục chạy chậm trên máy công cụ hoặc ổ đĩa điều khiển mô-men xoắn nơi độ mượt ở tốc độ thấp quan trọng, độ phân giải 17 bit tạo ra sự khác biệt có thể đo được so với các thế hệ trước 14 bit.

Bảo trì pin. A6BAT trong bộ khuếch đại MR-J2S-200 duy trì bộ đếm đa vòng qua quá trình tắt nguồn. Thay thế nó khi bộ khuếch đại hiển thị cảnh báo pin yếu. Pin hết hoàn toàn sẽ đặt lại bộ đếm tuyệt đối, yêu cầu chu kỳ trả về tham chiếu trước khi trục có thể tiếp tục sản xuất. Trên các dây chuyền sản xuất có tính sẵn sàng cao, việc thay thế pin chủ động khi có cảnh báo pin yếu đầu tiên — thay vì chờ pin hết hoàn toàn — loại bỏ thời gian ngừng hoạt động không theo kế hoạch do nguyên nhân có thể tránh được.

Bộ khuếch đại tương thích

HC-SFS202 kết hợp với bộ khuếch đại MR-J2S-200 — nền tảng J2-Super công suất 2kW. Ba biến thể giao diện đáp ứng các kiến trúc điều khiển chính:

MR-J2S-200A là bộ khuếch đại giao diện đa dụng. Nó chấp nhận lệnh vị trí dạng xung từ bộ điều khiển CNC và PLC, cộng với tín hiệu tham chiếu tốc độ và mô-men xoắn tương tự. Tất cả các chế độ điều khiển đều có sẵn: vị trí, tốc độ, mô-men xoắn và các kết hợp chế độ chuyển đổi P/S, S/T, T/P. RS-232C kết nối với MR Configurator để cài đặt tham số và chẩn đoán. Đây là lựa chọn tiêu chuẩn cho các trục cấp liệu máy công cụ và các ứng dụng định vị công nghiệp nói chung.

MR-J2S-200B kết nối với bộ điều khiển chuyển động dòng A và dòng Q của Mitsubishi qua bus cáp quang SSCNET. Lệnh vị trí, phản hồi bộ mã hóa, dữ liệu cảnh báo và tín hiệu giám sát đều truyền qua liên kết cáp quang. Đối với các máy đa trục phối hợp — trung tâm gia công chạy đường viền đa trục đồng thời, hệ thống truyền động với các trục đồng bộ, ứng dụng bánh răng điện tử — bus SSCNET cung cấp sự đồng bộ hóa thời gian thực mà giao diện tương tự hoặc xung không thể sánh được.

MR-J2S-200CP cung cấp chức năng định vị một trục tích hợp. Lên đến 31 vị trí đích được lưu trữ trong bảng điểm nội bộ của bộ khuếch đại và được kích hoạt bằng tín hiệu I/O kỹ thuật số hoặc mạng CC-Link. Đối với các trục định vị chỉ mục độc lập không yêu cầu phối hợp với các trục khác, CP loại bỏ chi phí và độ phức tạp của bộ điều khiển chuyển động chuyên dụng.

Ghi chú về khả năng tương thích. HC-SFS202 yêu cầu bộ khuếch đại J2-Super (MR-J2S). Nó không tương thích với bộ khuếch đại MR-J2-200 (thế hệ đầu tiên) gốc, không thể đọc giao thức nối tiếp của bộ mã hóa 17 bit. Đối với các máy đang chạy phần cứng MR-J2 thế hệ đầu tiên, HC-SF202 (cùng thông số kỹ thuật cơ khí, bộ mã hóa 14 bit) là động cơ phù hợp. HC-SFS202 cũng không tương thích với bộ khuếch đại MR-J3 hoặc MR-J4 nếu không có bộ chuyển đổi gia hạn.

Dòng HC-SFS 2000 vòng/phút — Bối cảnh công suất

HC-SFS202 là mẫu đầu tiên trong phạm vi 2000 vòng/phút trên mặt bích 176 × 176 mm và là tùy chọn công suất thấp nhất trong khung lớn hơn. Bước giảm từ HC-SFS202 xuống HC-SFS152 có nghĩa là chuyển sang khung 130 × 130 mm nhỏ hơn. Đối với các thiết kế máy cần mặt bích lớn hơn — cho dù là để phân bổ khối lượng động cơ, yêu cầu đường kính trục hay khoảng trống công suất trong tương lai — HC-SFS202 là điểm khởi đầu.

Tất cả các biến thể công suất trong dòng 2000 vòng/phút đều có bốn cấu hình trục và phanh: trục thẳng (HC-SFS202), trục thẳng có phanh (HC-SFS202B), trục có then hoa (HC-SFS202K) và trục có then hoa có phanh (HC-SFS202BK). Cả bốn đều sử dụng bộ khuếch đại MR-J2S-200.

Ứng dụng điển hình

Trục cấp liệu máy công cụ CNC. Trục X, Y và Z phụ trên các trung tâm gia công đứng và ngang được dẫn động bằng vít me bi. Mô-men xoắn liên tục 9,55 Nm và tốc độ tối đa 3.000 vòng/phút phù hợp với khối lượng bàn trung bình ở tốc độ di chuyển nhanh thực tế mà không cần bộ giảm tốc giữa động cơ và vít me.

Ổ đĩa băng tải và truyền động trung bình. Các bộ phận băng tải điều khiển bằng servo, cơ cấu con thoi và hệ thống truyền động bộ phận trên dây chuyền lắp ráp và kiểm tra. Công suất 2kW bao phủ tải trọng dây chuyền trung bình; bộ mã hóa tuyệt đối loại bỏ việc định vị gốc khi khởi động lại, điều này quan trọng đối với các hệ thống sản xuất có tính sẵn sàng cao thường xuyên bật/tắt nguồn.

Bàn xoay chỉ mục. Bàn xoay chỉ mục đa trạm nơi động cơ kết nối qua bộ giảm tốc bánh răng sâu hoặc bánh răng thẳng không có độ rơ đến bàn. Bộ mã hóa 17 bit cung cấp độ phân giải góc cần thiết để định vị trạm chính xác; mô-men xoắn đỉnh 28,6 Nm xử lý mô-men xoắn tăng tốc cho các chuyển động chỉ mục nhanh giữa các trạm.

Ổ đĩa quấn và tháo cuộn. Ổ đĩa quấn vật liệu hoạt động ở chế độ điều khiển mô-men xoắn để duy trì độ căng màng không đổi trên đường kính cuộn thay đổi. Mô-men xoắn liên tục 9,55 Nm ở 2.000 vòng/phút bao phủ phạm vi hữu ích của kích thước trạm quấn và điểm đặt độ căng màng. Tự động điều chỉnh thời gian thực trong MR-J2S-200 giúp duy trì phản ứng độ căng nhất quán khi quán tính cuộn thay đổi theo đường kính.

Trục phụ máy ép phun. Trục đẩy, trục kéo lõi và trục quay vít được điều khiển bằng servo trên máy ép phun, nơi động cơ phải duy trì vị trí chính xác dưới tải trong chu kỳ khuôn. Trục thẳng kết nối sạch sẽ với các cơ cấu đẩy bánh răng thanh răng; cấu hình không phanh phù hợp trên các trục đẩy ngang nơi khóa servo là đủ.

Câu hỏi thường gặp

Q1: Sự khác biệt giữa HC-SFS202 và HC-SF202 là gì?

Cả hai đều là động cơ trục thẳng 2kW, 2000 vòng/phút trên mặt bích 176 × 176 mm, và cả hai đều giống hệt nhau về mặt cơ khí về kích thước và giao diện khớp nối. Sự khác biệt quan trọng là thế hệ bộ mã hóa. HC-SF202 có bộ mã hóa 14 bit (16.384 ppr) và tương thích với cả bộ khuếch đại MR-J2 và MR-J2S gốc. HC-SFS202 có bộ mã hóa 17 bit (131.072 ppr) và yêu cầu bộ khuếch đại MR-J2S-200 — nó sẽ không hoạt động với MR-J2 thế hệ đầu tiên. Đối với máy đã chạy bộ khuếch đại MR-J2S-200, HC-SFS202 là động cơ phù hợp. Đối với máy sử dụng phần cứng MR-J2-200 gốc, hãy chỉ định HC-SF202.

Q2: Có thể sử dụng HC-SFS202 trên trục thẳng đứng mà không cần phanh không?

Chỉ với phân tích cẩn thận. Khóa servo thông qua MR-J2S-200 giữ các trục ngang đáng tin cậy khi nghỉ, nhưng trên trục thẳng đứng, tải trọng hấp dẫn tác dụng lên trục khi dòng servo giảm xuống không sẽ gây ra chuyển động xuống. Đối với bất kỳ trục nào mà chuyển động khi tắt servo có nguy hiểm hoặc gây hư hại cơ khí — bao gồm hầu hết các trục thẳng đứng — HC-SFS202B (trục thẳng, phanh điện từ lò xo) là thông số kỹ thuật chính xác. Phanh được kích hoạt theo mặc định và giữ trục bằng cơ khí bất kể trạng thái servo.

Q3: HC-SFS202 nằm trên mặt bích 176 × 176 mm. Điều này có nghĩa là nó cần một giá đỡ lớn hơn HC-SFS152 1,5kW không?

Có. HC-SFS152 và các biến thể mặt bích 130 × 130 mm của nó là động cơ nhỏ hơn về mặt vật lý. HC-SFS202 chuyển lên mặt bích 176 × 176 mm, yêu cầu giao diện lắp động cơ khác — vòng bu lông lớn hơn, đường kính định tâm khác. Nếu một máy được thiết kế dựa trên mặt bích 130 × 130 mm và bạn đang xem xét HC-SFS202 như một bản nâng cấp, tấm lắp động cơ sẽ cần được sửa đổi. Nếu khung máy đã sử dụng giá đỡ 176 × 176 mm, thì HC-SFS202 sẽ lắp cùng với các biến thể HC-SFS352, HC-SFS502 và HC-SFS702 mà không cần thay đổi cơ khí.

Q4: Cần bộ khuếch đại nào, và pin bộ mã hóa tuyệt đối ở đâu?

HC-SFS202 yêu cầu bộ khuếch đại MR-J2S-200 — có thể là biến thể A (tương tự/xung), B (SSCNET) hoặc CP (định vị tích hợp). Pin dự phòng cho bộ đếm tuyệt đối đa vòng là bộ pin lithium Mitsubishi A6BAT, nằm bên trong bộ khuếch đại, không phải trong động cơ. Thay thế nó khi có cảnh báo pin yếu đầu tiên từ bộ khuếch đại. Pin hết hoàn toàn sẽ đặt lại bộ nhớ vị trí tuyệt đối và yêu cầu chu kỳ trả về tham chiếu trước khi trục có thể tiếp tục sản xuất.

Q5: HC-SFS202 có còn sẵn hàng mặc dù đã ngừng sản xuất không?

Có. Mặc dù Mitsubishi chính thức ngừng sản xuất dòng HC-SFS cùng với nền tảng MR-J2S rộng lớn hơn, HC-SFS202 vẫn có sẵn rộng rãi thông qua các đại lý bán lại tự động hóa công nghiệp và các nhà cung cấp linh kiện servo Mitsubishi chuyên dụng, cả hàng mới tồn kho và hàng đã tân trang đã được kiểm tra. Đối với các máy phải tiếp tục sử dụng phần cứng J2-Super, việc tìm nguồn cung ứng hàng tồn kho là đơn giản. Đối với các thiết kế máy mới, sản phẩm tương đương thế hệ hiện tại là HG-SR202 (dòng MR-J4, 2kW, 2000 vòng/phút, trục thẳng, bộ mã hóa 22 bit, mặt bích 176 × 176 mm, IP67), yêu cầu bộ khuếch đại MR-J4-200.