Mitsubishi HC-SFS103 (HCSFS103) — Motore servo AC da 1kW, albero dritto, senza freno, 3000 giri/min, serie MELSERVO J2-Super

Panoramica del prodotto

Codice articolo: HC-SFS103

Cercato anche come: HCSFS103, HC SFS 103, HC-SFS-103

Serie: Mitsubishi MELSERVO HC-SFS (Generazione J2-Super)

Classificazione: Motore servo brushless AC a inerzia media — 1 kW, classe 200V, 3000 giri/min, albero dritto, senza freno

Il motore in un paragrafo

Il Mitsubishi HC-SFS103 è un servomotore a inerzia media da 1 kW, 3000 giri/min — abbastanza compatto da adattarsi alla flangia da 130 × 130 mm, abbastanza veloce da azionare viti a ricircolo di sfere e cinghie di trasmissione senza uno stadio di riduzione, e abbastanza preciso da chiudere un anello di posizione sub-micrometrico tramite il suo encoder assoluto seriale a 17 bit. È un motore pulito e semplice: albero dritto, senza freno, abbinato all'amplificatore MR-J2S-100. Per gli assi macchina che serve — azionamenti di posizionamento a carico leggero-medio, assi di macchine di assemblaggio a ciclo rapido, alimentazioni ausiliarie su macchine utensili — tale combinazione raggiunge esattamente il giusto equilibrio tra velocità, coppia e dimensioni fisiche.

Specifiche tecniche

3000 giri/min vs 2000 giri/min: perché il punto di velocità è importante

L'HC-SFS103 è un motore da 3000 giri/min. La sua controparte diretta nella famiglia HC-SFS da 2000 giri/min è l'HC-SFS102 — stessa potenza da 1 kW, stessa flangia da 130 × 130 mm, stessa classe di encoder e amplificatore J2-Super, ma che funziona a due terzi della velocità dell'albero con una coppia continua proporzionalmente maggiore (4,78 Nm contro 3,18 Nm).

La scelta tra i due è una questione di applicazione, non di qualità.

A 3.000 giri/min, il motore copre una maggiore distanza angolare per unità di tempo. Una vite a ricircolo di sfere azionata a 3000 giri/min con passo di 10 mm raggiunge una velocità lineare di 30 m/min — veramente veloce per un asse di posizionamento. Per applicazioni ad alto throughput in cui la rapida traslazione tra le posizioni è il principale fattore di tempo ciclo, la classificazione di 3000 giri/min offre tale velocità di traslazione senza uno stadio di riduzione o una cinghia. Il compromesso è una coppia continua inferiore sull'albero motore; 3,18 Nm sostenuti significano che il meccanismo deve essere appropriatamente leggero, o che una riduzione adeguata deve essere posizionata tra motore e carico.

A 2.000 giri/min, lo stesso 1 kW produce 4,78 Nm in continuo. L'asse si muove più lentamente per rivoluzione ma sostiene una forza maggiore sull'albero. Meglio per assi che trascorrono il loro ciclo di lavoro combattendo la coppia del carico piuttosto che coprendo rapidamente la distanza.

Per applicazioni a carico leggero e ad alto ciclo di frequenza — piccoli assi di macchine di assemblaggio, meccanismi ATC, stadi XY leggeri, alimentazioni ausiliarie su apparecchiature CNC — l'HC-SFS103 a 3000 giri/min è tipicamente la scelta naturale. L'asse si muove velocemente, il carico è gestibile a 3,18 Nm continui, e il telaio compatto da 130 × 130 mm impedisce al motore di dominare la struttura della macchina.

3,18 Nm continui: comprensione del budget di lavoro

Tre virgola diciotto Newton-metri è un numero specifico con un significato specifico. È la coppia che l'HC-SFS103 può sostenere indefinitamente alla velocità nominale senza che la temperatura dell'avvolgimento salga oltre il limite di progettazione — a condizione che il ciclo di lavoro dell'applicazione non spinga il carico termico medio oltre quanto il modello termico elettronico dell'MR-J2S-100 tiene conto.

Per un asse ben dimensionato su questo motore, il quadro di lavoro si presenta più o meno così: accelerazione alla coppia di picco (9,55 Nm) per una frazione del movimento, crociera a o al di sotto della coppia nominale, decelerazione di nuovo al picco, sosta in posizione con corrente minima di blocco servo. I brevi transitori di coppia di picco vengono assorbiti nel modello termico senza problemi perché sono brevi e infrequenti rispetto alle fasi di assestamento e sosta. La classificazione continua di 3,18 Nm è il vincolo sulla coppia sostenuta — ciò che l'asse può richiedere indefinitamente, non momentaneamente.

Dove questo motore inizia a sentire i suoi limiti è un asse che deve mantenere quasi 3,18 Nm in continuo — un avanzamento di taglio sostenuto contro una resistenza significativa, un azionamento di avvolgimento che mantiene una tensione costante attraverso un ampio intervallo di diametri, una sezione di trasporto che funziona a pieno carico tutto il giorno. Tali applicazioni si avvicinano rapidamente al soffitto termico. Un asse che richiede regolarmente più di 3,18 Nm nel suo ciclo di lavoro medio si surriscalderà e andrà in blocco. La risposta corretta è ridurre il carico (migliore efficienza meccanica, carico utile più leggero, stadio di riduzione aggiuntivo) o passare a un motore di capacità superiore.

La coppia di picco, tuttavia, è veramente utile. A 9,55 Nm — tre volte quella continua — c'è una reale forza di accelerazione disponibile per le fasi transitorie di ogni movimento di posizionamento. Per un asse a carico leggero che completa dozzine di brevi movimenti al minuto, questa capacità di picco è ciò che mantiene brevi i tempi ciclo senza richiedere un motore più grande.

Albero dritto a 1kW: scelte di accoppiamento

Un albero dritto e senza scanalatura a linguetta si adatta alla stragrande maggioranza delle applicazioni di accoppiamento servo da 1kW. A questa capacità e livello di coppia, gli accoppiamenti a frizione — accoppiamenti a ganasce a mozzo diviso, accoppiamenti a soffietto, accoppiamenti a disco — trasmettono la coppia in modo affidabile ad alberi lisci senza il rischio di slittamento che potrebbe preoccupare un motore più grande a coppia più elevata.

La coppia di picco di 9,55 Nm governa la selezione dell'accoppiamento, non la cifra nominale di 3,18 Nm. Un accoppiamento dimensionato solo per la coppia nominale sarà marginale durante ogni fase di accelerazione aggressiva. Selezionando per la coppia di picco — 9,55 Nm — con un modesto fattore di servizio si ottiene un accoppiamento che gestisce comodamente l'intero intervallo operativo.

Le trasmissioni a cinghia dentata sono particolarmente comuni sugli assi da 3000 giri/min in questa classe di capacità. L'elevata velocità dell'albero rende l'accoppiamento diretto alle viti a ricircolo di sfere impraticabile in molte geometrie di macchine, e uno stadio di cinghia dentata con un modesto rapporto di riduzione (da 1,5:1 a 3:1) riduce contemporaneamente la velocità effettiva dell'albero sulla vite, moltiplica la coppia del motore e consente di posizionare il motore lontano dall'asse della vite — utile per progetti di macchine con spazio limitato. La puleggia della cinghia sul lato motore si collega direttamente all'albero liscio dritto utilizzando un mozzo taper-lock o shrink-disc.

Per applicazioni in cui è effettivamente richiesto un mozzo con linguetta — mozzi per ingranaggi, pulegge per catene, alcune pulegge personalizzate — l' HC-SFS103K (albero con linguetta, senza freno) è meccanicamente identico in tutti gli altri aspetti e utilizza lo stesso amplificatore MR-J2S-100. La scelta tra albero dritto e albero con linguetta è puramente una decisione di interfaccia meccanica; non cambia nulla del comportamento elettrico o dinamico del motore.

Nessun freno su un motore da 3000 giri/min

A 3000 giri/min su assi orizzontali e a carico simmetrico, l'assenza di un freno elettromagnetico è semplicemente la specifica corretta. L'amplificatore MR-J2S-100 mantiene la posizione dell'asse tramite il blocco servo ad anello chiuso in continuo mentre il servo è abilitato — anello di posizione attivo, encoder a 17 bit che monitora l'angolo dell'albero a 131.072 conteggi per rivoluzione, corrente correttiva fornita per mantenere un errore di inseguimento zero. Su un asse pulito e ben tarato, questo è solido e affidabile.

I vantaggi pratici della configurazione senza freno a questa dimensione del motore sono tangibili. Un corpo motore più piccolo — nessun alloggiamento del freno aggiunto sul retro. Nessun circuito freno DC da 24V nel quadro. Nessun relè, nessun soppressore di sovratensione, nessun interblocco MBR nella logica PLC. Nessuna ispezione del disco del freno nel programma di manutenzione. Peso ridotto su un asse mobile o un braccio robotico dove ogni grammo di massa morta ha un costo in termini di inerzia e progettazione strutturale.

Il limite è semplice: se l'asse ha una componente di carico gravitazionale che causerebbe movimento quando la corrente del servo scende a zero, è necessario un freno. Gli assi verticali, gli avanzamenti inclinati e qualsiasi meccanismo in cui la coppia del carico non resistita muoverebbe l'albero a servo-off dovrebbe utilizzare l' HC-SFS103B (albero dritto, freno a molla) piuttosto che l'HC-SFS103. Per assi orizzontali e meccanismi a carico simmetrico — di gran lunga la maggior parte delle applicazioni che questo motore serve — non è necessario alcun freno e aggiungerne uno significherebbe aggiungere costi e complessità senza benefici funzionali.

Encoder assoluto a 17 bit: precisione e praticità

L'encoder integrato nell'HC-SFS103 è l'unità assoluta seriale a 17 bit comune all'intera gamma J2-Super HC-SFS. Centotrentunomila e settantadue posizioni discrete per rivoluzione dell'albero. Conteggio assoluto multi-giro mantenuto tramite spegnimento grazie alla batteria A6BAT nell'amplificatore MR-J2S-100.

Su un motore da 3000 giri/min che serve assi compatti e ad alto ciclo di frequenza, il contributo pratico dell'encoder si manifesta in due aree che contano di più nella produzione quotidiana.

Risoluzione dell'anello di velocità ad alta velocità. A 3000 giri/min, l'albero si muove velocemente — 50 rivoluzioni al secondo. Anche a quella velocità, 131.072 conteggi per rivoluzione forniscono all'anello di velocità una visione altamente granulare della velocità istantanea dell'albero. Una risposta di velocità fluida attraverso le rampe di accelerazione, prestazioni stabili a velocità costante in qualsiasi punto dell'intervallo di velocità e un rapido recupero dinamico dai disturbi del carico dipendono tutti dall'avere una risoluzione encoder sufficiente per calcolare un segnale di velocità accurato. Il conteggio a 17 bit a 3000 giri/min fornisce tale risoluzione in abbondanza.

Posizione assoluta al riavvio. Quando la macchina si ferma — per un cambio turno, una finestra di manutenzione o un arresto di emergenza imprevisto — l'encoder blocca l'angolo assoluto dell'albero in memoria. Al riavvio, l'MR-J2S-100 legge immediatamente tale angolo. Il controller sa esattamente dove si trova ogni asse prima che qualcosa si muova. Per macchine con molti assi di questo tipo, ciò elimina una sequenza di homing a volte lunga e rende la produzione più veloce.

Posizione e sostituzione della batteria. La batteria A6BAT che alimenta il contatore multi-giro si trova nell'amplificatore MR-J2S-100, non nel motore. La sostituzione della batteria è un'operazione a livello di quadro. Sostituire al primo allarme di batteria scarica dall'amplificatore — non rimandare. Una batteria completamente scarica reimposta il contatore, richiedendo un ciclo di ritorno di riferimento al successivo avvio.

Amplificatori compatibili

L'HC-SFS103 si abbina alla classe di amplificatori MR-J2S-100 — la piattaforma J2-Super con capacità da 1 kW. Tre varianti di interfaccia:

MR-J2S-100A è l'amplificatore per interfaccia analogica e a treno di impulsi per uso generale. Accetta comandi di posizione a treno di impulsi da controller CNC e PLC e riferimenti di velocità o coppia analogici. Tutte le modalità di controllo — posizione, velocità, coppia e combinazioni commutate — sono disponibili. RS-232C si collega a MR Configurator per la messa in servizio e la diagnostica. Per assi autonomi e assi su macchine utensili e apparecchiature di automazione non-SSCNET, questa è la scelta standard.

MR-J2S-100B si collega ai controller di movimento Mitsubishi serie A e serie Q tramite bus a fibra ottica SSCNET. Tutti i comandi dell'asse e il feedback dell'encoder viaggiano sulla rete in fibra. Su macchine multi-asse coordinate — in particolare dove diversi assi compatti devono muoversi in schemi sincronizzati — il bus SSCNET fornisce un accoppiamento stretto tra gli assi che le interfacce analogiche o a impulsi non possono eguagliare.

MR-J2S-100CP fornisce posizionamento a singolo asse integrato con fino a 31 posizioni da tabella, attivate da I/O digitali o comandi di rete CC-LINK. Per assi di posizionamento autonomi indicizzati o punto-punto che non richiedono il coordinamento del controller di movimento — azionamenti di stazioni ATC, semplici assi di trasferimento, stazioni di macchine di assemblaggio indicizzate — il CP elimina il costo e la complessità di un controller di movimento dedicato.

Note di compatibilità. L'HC-SFS103 richiede un amplificatore MR-J2S-100. Non è compatibile con gli amplificatori MR-J2-100 di prima generazione, che non possono decodificare il protocollo encoder J2-Super a 17 bit. Per macchine che utilizzano hardware MR-J2-100 originale, l' HC-SF103 (stessa specifica meccanica, encoder a 14 bit) è il motore corretto. Non compatibile con amplificatori MR-J3 o MR-J4 senza un kit adattatore di rinnovo.

Famiglia HC-SFS 3000 giri/min — Contesto di capacità

L'HC-SFS103 è il secondo gradino nella gamma HC-SFS da 3000 giri/min, posizionato sopra l'HC-SFS53 (500W) e condividendo la flangia da 130 × 130 mm con l'HC-SFS153 e l'HC-SFS203. Tutti e quattro i modelli a telaio compatto in questa gamma utilizzano la stessa interfaccia di montaggio fisica — una macchina progettata per la flangia da 130 × 130 mm può ospitarne uno qualsiasi senza modifiche meccaniche. La classe dell'amplificatore cambia tra il 103 (MR-J2S-100) e il 153/203 (MR-J2S-200), quindi gli aggiornamenti di capacità all'interno di questa famiglia richiedono una modifica dell'amplificatore oltre alla sostituzione del motore.

Ogni modello nella gamma HC-SFS da 3000 giri/min è disponibile nella matrice standard albero-e-freno: albero dritto senza freno (HC-SFS103), albero dritto con freno (HC-SFS103B), albero con linguetta senza freno (HC-SFS103K) e albero con linguetta con freno (HC-SFS103BK). Tutte e quattro le configurazioni utilizzano l'amplificatore MR-J2S-100 a questa capacità.

Applicazioni tipiche

Azionamenti assi macchina di assemblaggio. Assi pick-and-place, meccanismi di alimentazione componenti e slitte di trasferimento su apparecchiature di assemblaggio elettronico e automazione generale. La velocità nominale di 3000 giri/min consente una rapida traslazione tra le posizioni; il telaio compatto da 130 × 130 mm si adatta a strutture di macchine di assemblaggio multi-asse senza massa motore dominante. Alti cicli di frequenza — decine o centinaia di movimenti al minuto — rientrano nel budget di lavoro su assi orizzontali a carico leggero.

Assi ausiliari macchine utensili CNC. Assi di avanzamento ausiliari e secondari su centri di lavorazione CNC, rettificatrici e torni — bracci cambio utensile, azionamenti contropunte, avanzamenti convogliatori trucioli, assi di posizionamento ugelli refrigerante — dove gli assi di avanzamento primari possono utilizzare motori più grandi ma le funzioni ausiliarie necessitano di un servo compatto nella gamma da 1 kW.

Posizionamento macchine taglio e marcatura laser. Assi di posizionamento testa di taglio leggeri su sistemi di taglio laser di piccolo formato e macchine di marcatura laser dove la massa dell'asse è ridotta al minimo per progettazione e il requisito di prestazione principale è la velocità di traslazione piuttosto che la forza di taglio sostenuta.

Azionamenti di alimentazione macchine confezionatrici. Azionamenti film, assi di controllo registro e meccanismi di spaziatura prodotti su linee di confezionamento dove l'asse servo deve tracciare con precisione un riferimento di velocità, rispondere rapidamente ai cambiamenti di domanda e mantenere l'accuratezza di registrazione durante l'intero ciclo di produzione.

Assi secondari macchine tessili e da stampa. Rulli tenditori, attuatori bracci oscillanti e azionamenti di alimentazione ausiliari su presse da stampa e macchine tessili dove un servo compatto e reattivo nella gamma da 1 kW gestisce la tensione del nastro o le funzioni di alimentazione secondaria accanto agli azionamenti primari più grandi.

Domande frequenti

D1: Qual è la differenza tra l'HC-SFS103 e l'HC-SFS102?

Entrambi sono motori J2-Super da 1 kW su flangia da 130 × 130 mm con encoder a 17 bit e dimensioni meccaniche identiche. La differenza è il punto operativo nominale. L' HC-SFS102 è un motore da 2000 giri/min con 4,78 Nm di coppia continua — coppia maggiore, velocità inferiore. L' HC-SFS103 è un motore da 3000 giri/min con 3,18 Nm di coppia continua — coppia inferiore, velocità dell'albero maggiore. Entrambi utilizzano l'amplificatore MR-J2S-100. La decisione tra i due è determinata interamente dal fatto che l'asse sia limitato dalla coppia (scegliere il 102) o dalla velocità (scegliere il 103).

D2: L'HC-SFS103 può essere utilizzato con un amplificatore MR-J2-100 di prima generazione?

No. L'HC-SFS103 utilizza il protocollo seriale dell'encoder J2-Super a 17 bit, che l'amplificatore MR-J2-100 originale non può leggere. Collegare l'HC-SFS103 a un MR-J2-100 di prima generazione produrrà un errore di comunicazione dell'encoder. Per macchine che utilizzano hardware MR-J2-100, il motore corretto è l' HC-SF103 — meccanicamente identico, encoder a 14 bit, compatibile sia con amplificatori MR-J2-100 che MR-J2S-100.

D3: Qual è la velocità massima e quando può essere utilizzata?

L'HC-SFS103 ha una velocità nominale di 3000 giri/min e una velocità massima di 4.500 giri/min. Il funzionamento al di sopra della velocità nominale è consentito nella regione a potenza costante della curva coppia-velocità, dove la coppia disponibile diminuisce all'aumentare della velocità al di sopra dei 3000 giri/min. Non tutte le applicazioni possono utilizzare l'intervallo di velocità esteso — la richiesta di coppia del carico a quel punto operativo deve essere verificata rispetto alla coppia disponibile alla velocità di funzionamento. Consultare la curva caratteristica di coppia del motore nel foglio delle specifiche della serie Mitsubishi HC-SFS prima di operare al di sopra della velocità nominale.

D4: L'HC-SFS103 è discontinuato. È ancora reperibile per la manutenzione delle macchine?

Sì. Nonostante sia stato discontinuato da Mitsubishi, l'HC-SFS103 rimane disponibile tramite fornitori di eccedenze di automazione industriale e rivenditori specializzati in servo Mitsubishi come stock nuovo e unità ricondizionate testate. Per macchine che devono rimanere su hardware J2-Super, questo percorso di approvvigionamento è ben consolidato e pratico. Per nuovi progetti di macchine o importanti aggiornamenti di piattaforma, l'equivalente di generazione attuale è l' HG-KR103 o l' HF-KP103 (serie MR-J4 o MR-JE), che richiede un amplificatore di generazione attuale per essere abbinato.

D5: Dov'è la batteria dell'encoder assoluto e quanto dura tipicamente?

La batteria di backup — cella al litio Mitsubishi A6BAT — si trova all'interno dell' amplificatore servo MR-J2S-100, non nel motore. Mantiene il contatore assoluto multi-giro durante tutti i periodi di spegnimento. La durata della batteria dipende da quanto tempo l'amplificatore rimane spento cumulativamente; la documentazione Mitsubishi indica diversi anni di servizio tipico in condizioni operative normali. L'amplificatore visualizzerà un allarme di batteria scarica quando la cella si avvicina alla fine della sua vita utile. Sostituire l'A6BAT al primo allarme — non aspettare la completa scarica, che reimposta il contatore assoluto e forza un ciclo di ritorno di riferimento prima che l'asse possa riprendere la produzione.