Mitsubishi HC-SFS153K Servomotor HCSFS153K

Mitsubishi HC-SFS153K (HCSFS153K) — 1,5kW AC Servomotor, spie-as, geen rem, 3000 tpm, MELSERVO J2-Super Serie

Productoverzicht

Onderdeelnummer: HC-SFS153K

Ook gezocht als: HCSFS153K, HC SFS 153K, HC-SFS-153K

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

Classificatie: AC Borstelloze Servomotor met Gemiddelde Traagheid — 1,5 kW, 200V klasse, 3000 tpm, spie-as, geen rem

Introductie: Een motor met een specifiek doel

Er zijn servomotoren ontworpen voor flexibiliteit en servomotoren ontworpen met een specifieke mechanische interface in gedachten.

De Mitsubishi HC-SFS153K neigt naar het laatste. De "K"-suffix is de kritische aanduiding — een machinaal bewerkte spiebaan op de as die fundamenteel verandert hoe koppel wordt overgedragen van de motor naar het aangedreven component.

Met 1,5kW en 3.000 tpm op een flens van 130 × 130 mm past de HC-SFS153K in het compacte segment van het middencapaciteit servobereik.

Zijn continue koppel van 4,78 Nm en piekkoppel van 14,3 Nm bevinden zich in een praktisch bereik voor hulpassen van werktuigmachines, aandrijvingen van middelgrote transportbanden en elk mechanisme waarbij de koppeling motor-belasting zowel nauwkeurig als mechanisch positief moet zijn.

De spie-as is het kenmerk dat hem geschikt maakt voor die toepassingen waarbij een gladde rechte as, hoe betrouwbaar ook geklemd, enige twijfel introduceert over de integriteit van het koppelpad gedurende de levensduur van de motor.

Achter de as: dezelfde 17-bits seriële absolute encoder met 131.072 ppr die door de hele J2-Super HC-SFS-familie loopt, gekoppeld aan de MR-J2S-200 versterkerklasse.

Technische Specificaties

Waarom de spie-as dingen verandert

De meeste servotoepassingen gebruiken een gladde rechte as en een wrijvingsklemkoppeling. Het werkt goed, het koppelingsbereik is breed en de installatie is eenvoudig. Wanneer is een spie-as dan het juiste antwoord?

Het antwoord heeft te maken met wat de wrijvingskleminterface daadwerkelijk doet.

Een split-hub of krimp-fit koppeling brengt koppel over door de wrijving tussen de naafboring en de as-buitendiameter. Die wrijving wordt bepaald door de klemdruk bij installatie — typisch een stelschroef of doorvoerbout op de split-hub — en moet groot genoeg zijn om het piek koppel zonder slip te weerstaan: in dit geval 14,3 Nm bij elke acceleratietransiënt, cyclus na cyclus, gedurende de volledige levensduur van de motor.

Onder ideale omstandigheden hanteren wrijvingskoppelingen bij 1,5kW dit betrouwbaar. Onder minder ideale omstandigheden — door trillingen veroorzaakt losraken van de naaf over duizenden uren, thermische cycli die de klempuntgeometrie enigszins veranderen, schokbelastingen van kettingkoppeling of tandwielcontact — kan de veiligheidsmarge die bij installatie voldoende leek, afnemen.

Wanneer dit gebeurt, is slip meestal intermitterend en is de volgende fout klein genoeg dat er geen alarm afgaat. De as ontwikkelt een herhaalbaarheidsfout in positie die echt moeilijk te diagnosticeren is, omdat deze alleen verschijnt wanneer de as zwaar werkt.

De spiebaan elimineert deze faalmodus. De spie neemt overeenkomstige sleuven in zowel de as als de naaf in beslag en brengt koppel over via zijn afschuifdoorsnede in plaats van via wrijving.

Het koppelpad is mechanisch positief — het is niet afhankelijk van de klemdruk, degradeert niet door trillingen en raakt niet los door thermische cycli. 

Cyclische belasting, omkering en schokbelastingen die een wrijvingsinterface zouden uitdagen, hebben geen invloed op een spieverbinding.

Voor een 1,5kW motor bij 3.000 tpm waarbij het aangedreven component — een tandriemschijf, wormwielingang, synchrone riemschijf of tandwielnaaf — een spiebaanboring heeft, hetzij door ontwerp, hetzij door klantvereiste, is de HC-SFS153K de juiste en natuurlijke keuze.

Er is geen prestatieafweging. Het nominale koppel van 4,78 Nm en het piekkoppel van 14,3 Nm zijn identiek aan de HC-SFS153 met rechte as.

1,5kW bij 3000 tpm: Het werkpunt

Vier komma zeven acht Newtonmeter bij 3.000 tpm is een specifieke combinatie die geschikt is voor een goed gedefinieerde reeks as-typen.

Het is meer koppel dan de 1kW HC-SFS103 (3,18 Nm bij dezelfde snelheid), wat relevant wordt wanneer de as een matige belasting aanhoudt gedurende het gehele werkbereik in plaats van alleen tijdens acceleratietransiënten. Een 1kW motor waarvan de as regelmatig bijna 3,18 Nm continu vraagt, werkt met weinig marge dicht bij zijn thermische limiet.

De HC-SFS153K met 4,78 Nm continu levert aan dezelfde as ongeveer 50% meer aanhoudend koppelvermogen — hoofdruimte die zich uit in lagere bedrijfstemperatuur, langere levensduur van de wikkelingen en minder frequentie van overbelastingsalarmen bij veeleisende productiecycli.

De nominale snelheid van 3.000 tpm dient hetzelfde doel als in het hele HC-SFS 3000 tpm bereik: directe koppeling mogelijk maken aan mechanismen die as-snelheid in plaats van as-koppel nodig hebben. Een kogelomloopspindel met 5 mm spoed aangedreven op 3.000 tpm bereikt een lineaire snelheid van 15 m/min — snel genoeg voor veel CNC hulpassen zonder enige reductietrap.

Een tandriemaandrijving met een 2:1 overbrengingsverhouding zet dit om naar 1.500 tpm op de aangedreven as, terwijl het beschikbare koppel wordt verdubbeld, waardoor het werkpunt dichter bij komt waar veel tandwiel- of riemaangedreven mechanismen het daadwerkelijk nodig hebben.

De maximale snelheid van 4.500 tpm breidt het werkbereik boven het nominale punt uit in het constante vermogensgebied, waar het beschikbare koppel proportioneel afneemt.

Dit uitgebreide bereik is nuttig voor snelle traversagefasen op positioneringsassen waar de belasting licht is en de koppelvraag voor traversage ver onder het nominale cijfer ligt.

Zittend tussen de 103 en de 203

Het HC-SFS 3000 tpm bereik op de 130 × 130 mm flens loopt van 500W (HC-SFS53) tot 2.000W (HC-SFS203) in vier stappen. De HC-SFS153K bevindt zich op de derde stap — boven de 1kW HC-SFS103, onder de 2kW HC-SFS203, en deelt hetzelfde fysieke frame en montage-interface met beide.

Eén detail dat het vermelden waard is: zowel de HC-SFS153K als de HC-SFS203K gebruiken dezelfde MR-J2S-200 versterker. De flens is identiek, de mechanische montage is hetzelfde en de versterkerkoppeling is hetzelfde.

Dit betekent dat een machineframe ontworpen voor de HC-SFS153K de HC-SFS203K kan huisvesten zonder enige mechanische of elektrische paneelwijziging — de enige parameter aanpassing die nodig is, is het instellen van de versterker om de nieuwe motor te herkennen. Voor toepassingen waar toekomstige capaciteitsuitbreiding een mogelijkheid is, is dit een nuttige ontwerpvrijheid.

Geen rem: De juiste standaard voor horizontale spie-as assen

De HC-SFS153K heeft geen elektromagnetische rem. Dit is de juiste configuratie voor de overgrote meerderheid van horizontale en symmetrisch belaste assen waar de spie-as zinvol is.

Toepassingen met spie-assen omvatten typisch mechanische koppelingen — tandwielen, tandwielnaven, wormwiel-ingangen, riemschijven — die allemaal het meest voorkomen op horizontale mechanismen: transportbandaandrijvingen, materiaaltoevoersystemen, roterende indexeerders op horizontale vlakken, hulpassen op horizontaal gemonteerde machineassemblages.

Op deze assen is servovergrendeling via de gesloten positielus van de MR-J2S-200 volledig voldoende om de positie in rust te behouden. 

De 17-bits encoder bewaakt continu de as-hoek; de versterker levert correctieve stroom om een nul-volgfout te behouden. Er is niets dat een rem kan toevoegen aan een horizontaal, gebalanceerd mechanisme.

De praktische voordelen van de configuratie zonder rem bij deze motoromvang zijn reëel. Geen 24V DC remcircuit in het paneel. Geen relais, geen overspanningsbeveiliging.

Geen MBR-vergrendeling in de PLC. Geen periodieke remslijtage inspectie op het onderhoudsschema. De motor is lichter en korter dan zijn gebrakeerde equivalent, wat belangrijk is op assen waar motor massa bijdraagt aan de traagheid van de bewegende structuur.

De HC-SFS153K met spie-as en geen rem beschrijft een eenvoudige mechanische interface: de naaf is gespiegd en vergrendeld, de motor is aangesloten op de MR-J2S-200, en de as werkt schoon zonder extra houdingshardware.

Waar de as werkelijk verticaal of zwaartekrachtbelast is, is de HC-SFS153BK (spie-as plus veerdrukrem) de juiste specificatie.

Op een machine met meerdere assen van deze capaciteit levert het bewust toepassen van de verticale-as test op elk ervan en dienovereenkomstig specificeren een schoner ontwerp op dan standaard remmen overal te gebruiken.

Compatibele versterkers

De HC-SFS153K is gekoppeld aan de MR-J2S-200 versterkerfamilie — het 2kW capaciteit J2-Super platform. Ondanks dat de motor 1,5kW is, vereist de stroomvraag bij 3.000 tpm de 2kW versterkerklasse in plaats van de 1kW MR-J2S-100. Dit is consistent over het HC-SFS 3000 tpm bereik: zowel de HC-SFS153 als de HC-SFS203 gebruiken de MR-J2S-200.

MR-J2S-200A verwerkt analoge en pulstreincommando's van CNC-systemen, PLC's en externe bewegingscontrollers. Positie-, snelheids- en koppelregelmodi zijn allemaal beschikbaar, samen met de schakelmoduscombinaties P/S, S/T en T/P. RS-232C maakt verbinding met MR Configurator setup software. Dit is de standaardkeuze voor werktuigmachines en algemene automatiseringsapplicaties.

MR-J2S-200B maakt verbinding met Mitsubishi A-serie en Q-serie bewegingscontrollers via de SSCNET glasvezel seriële bus.

Alle ascommando's en encoderfeedback reizen over het glasvezelnetwerk. Vereist voor machines met meerdere assen waarbij gecoördineerde asbeweging — elektronische tandwieloverbrenging, contouring, gesynchroniseerde voedingen — wordt beheerd door een Mitsubishi bewegingscontroller.

MR-J2S-200CP bevat ingebouwde enkelassige positionering met maximaal 31 punt-tabel posities, geactiveerd door digitale I/O of CC-Link netwerksignalen.

Voor standalone gepositioneerde assen die geen coördinatie met andere assen vereisen, elimineert de CP de kosten van een speciale bewegingscontroller.

Compatibiliteitsopmerkingen. De HC-SFS153K vereist een MR-J2S-200 versterker. Het is niet compatibel met de eerste generatie MR-J2-200, die het 17-bits J2-Super encoderprotocol niet kan decoderen.

Voor machines die draaien op originele MR-J2-200 hardware, is de HC-SF153K (spie-as, 14-bits encoder, dezelfde mechanische afmetingen) de juiste motor. Niet compatibel met MR-J3 of MR-J4 versterkers zonder een vernieuwingsadapterkit.

Typische toepassingen

Primaire assen voor tandriem- en synchrone aandrijving. Machineassen waarbij de motor een tandriemreductie aandrijft — een zeer gebruikelijke opstelling op 3.000 tpm servomotoren — gebruiken spie-poelies als standaard ontwerppraktijk.

De riemspanning voorspant de poelienaaf radiaal, en de spie voorkomt dat de poelie op de as draait onder de gecombineerde radiale en tangentiële belasting van de riemaandrijving. De spie-as van de HC-SFS153K is precies wat deze aandrijvingen vereisen.

Wormwiel ingangaandrijvingen. Roterende indexeertafels, servo-aangedreven torens en hoekpositioneringsmechanismen die wormwielreductoren gebruiken, verbinden de motor met de wormas via een gespiegde koppelingsnaaf.

De weerstand van de wormaandrijving tegen terugdrijven betekent dat de motor vaak de positie vasthoudt via de tandwielreductie in plaats van via servovergrendeling, en de spie-interface zorgt ervoor dat de motor-naar-worm koppeling mechanisch positief is gedurende de positioneringscyclus en de houdingsfase.

Kettingtandwielaandrijvingen op transportband- en transportsystemen. Servo-aangedreven transportbandsecties en transportsystemen die kettingaandrijvingen gebruiken, monteren een tandwiel op de motoras met behulp van een spie-boring.

Kettingaandrijvingen leggen intermitterende schokbelastingen op — elke kettinglinkkoppeling creëert een korte koppelpiek — en de spie-interface verwerkt deze cyclische schokbelastingen robuust, waar wrijvingsklemmen progressief zou worden uitgedaagd.

CNC werktuigmachine hulpas aandrijvingen. Palletwisselaar rotatieassen, roterende gereedschapmagazijn aandrijvingen en spanentransportband aandrijvingen op CNC-bewerkingscentra gebruiken vaak spiekoppelingen op de motor-naar-mechanisme interface, met name waar de as aansluit op een bestaand tandwielmechanisme ontworpen rond een spie-as ingang.

Textiel- en converterende machine aandrijfrollen. Toevoerrol- en spanrol aandrijvingen op snijmachines, lamineerlijnen en textielverwerkingsapparatuur waarbij de rolnaaf gespiegd is aan de aandrijfas gedurende het gehele productbereik. Het vervangen van de motor op dergelijke machines zonder de rolnaaf te veranderen is eenvoudig wanneer de motor dezelfde spiebaan specificatie draagt.

Veelgestelde vragen

V1: Waarom gebruikt de HC-SFS153K de MR-J2S-200 versterker in plaats van de MR-J2S-100, gezien het slechts 1,5kW is?

De versterkerklasse wordt bepaald door de stroomvraag van de motor, niet alleen door zijn vermogensclassificatie. Bij 3.000 tpm en 1,5kW trekt de HC-SFS153K een stroom die de nominale output van de MR-J2S-100 overschrijdt. De compatibiliteitstabellen van Mitsubishi voor motoren en versterkers bevestigen de MR-J2S-200 voor de HC-SFS153 en HC-SFS203 bij 3.000 tpm.

Dit is consistent met de HC-SFS152 (1,5kW bij 2.000 tpm) die ook de MR-J2S-200 gebruikt — het stroombereik bij deze vermogens- en snelheidscombinatie vereist de grotere versterker, ongeacht het nominale wattage van de motor.

V2: Wat is het praktische verschil tussen de HC-SFS153K (gespiegd) en HC-SFS153 (rechte as)?

De prestatiespecificaties zijn identiek — hetzelfde nominale koppel van 4,78 Nm, hetzelfde piekkoppel van 14,3 Nm, dezelfde encoder, dezelfde versterker. Het verschil zit puur in het koppelpad van as naar naaf. De machinaal bewerkte spiebaan van de HC-SFS153K brengt koppel mechanisch over via de afschuifdoorsnede van de spie; de rechte as van de HC-SFS153 is afhankelijk van wrijvingsklemmen van de koppelingsnaaf.

De gespiegde variant is geschikt wanneer het aangedreven component een spiebaanboring heeft, wanneer het mechanisme cyclische omkering of schokbelasting inhoudt, of wanneer langdurige integriteit van het koppelpad onder trillingen een ontwerpprioriteit is. Voor precisiekoppelingen met gladde boringen op schone horizontale assen is de rechte-as HC-SFS153 eenvoudiger en even betrouwbaar.

V3: Kan de HC-SFS153K een HC-SF153K vervangen op een machine die een MR-J2-200 eerste generatie versterker gebruikt?

Nee. De 17-bits encoder van de HC-SFS153K is incompatibel met de eerste generatie MR-J2-200 versterker.

Alleen de HC-SF153K (spie-as, 14-bits encoder) is compatibel met originele MR-J2-200 hardware.

Als de machine al is geüpgraded naar een MR-J2S-200 versterker, is de HC-SFS153K mechanisch een directe plug-and-play vervanging, en de hogere encoderresolutie is een automatisch voordeel.

V4: Waar is de absolute encoder back-up batterij?

De batterij — Mitsubishi A6BAT lithiumcel — bevindt zich in de MR-J2S-200 servoversterker, niet in de motor. Het onderhoudt de multi-turn absolute teller gedurende periodes zonder stroom. Vervang deze bij het eerste laag-batterij alarm van de versterker.

Stel niet uit: een volledig lege batterij reset de multi-turn teller, waardoor een referentie-terugkeer cyclus nodig is bij de volgende opstart voordat de as weer in productie kan gaan. Op machines met hoge beschikbaarheid moet het laag-batterij alarm worden behandeld als een onmiddellijke onderhoudstaak.

V5: De HC-SFS153K is niet meer in productie. Wat zijn de inkoop- en upgrade-opties?

De HC-SFS153K blijft beschikbaar als overtollige voorraad en getest gereviseerde eenheden via Mitsubishi servocomponent specialisten, waardoor het een praktische optie is voor het onderhouden van bestaande J2-Super platform machines.

Voor nieuwe machineontwerpen of volledige platformupgrades, komt het equivalent van de huidige generatie uit de HG-KR of HF-KP serie met MR-J4 of MR-JE versterkers — maar zowel de motor als de versterker moeten samen worden vervangen, aangezien het encoderprotocol incompatibel is.

Voor machines met veel HC-SFS153K eenheden waarbij de versterkers nog functioneel zijn, is het onderhouden van het bestaande J2-Super platform via inkoop van overtollige motoren vaak kosteneffectiever dan een volledige aandrijfsysteem upgrade.