Mitsubishi HC-SFS153K Servomotor HCSFS153K

Mitsubishi HC-SFS153K (HCSFS153K) — Motor Servo AC de 1.5kW, Eixo com Chaveta, Sem Freio, 3000 rpm, Série MELSERVO J2-Super

Visão Geral do Produto

Número da Peça: HC-SFS153K

Também Pesquisado Como: HCSFS153K, HC SFS 153K, HC-SFS-153K

Série: Mitsubishi MELSERVO HC-SFS (Geração J2-Super)

Classificação: Motor Servo AC sem Escovas de Média Inércia — 1.5 kW, classe 200V, 3000 rpm, Eixo com Chaveta, Sem Freio

Introdução: Um Motor com um Propósito Específico

Existem motores servo projetados para flexibilidade e motores servo projetados com uma interface mecânica específica em mente.

O Mitsubishi HC-SFS153K inclina-se para o último. O sufixo "K" é o designador crítico — uma chaveta usinada no eixo que altera fundamentalmente como o torque é transmitido do motor para o componente acionado.

Com 1.5kW e 3.000 rpm em uma flange de 130 × 130 mm, o HC-SFS153K se encaixa na extremidade compacta da faixa de servo de média capacidade.

Seu torque contínuo de 4.78 Nm e pico de 14.3 Nm situam-se em uma faixa prática para eixos auxiliares de máquinas-ferramenta, acionamentos de transportadores de média velocidade e qualquer mecanismo onde o acoplamento motor-carga deva ser preciso e mecanicamente positivo.

O eixo com chaveta é o recurso que o torna adequado para aquelas aplicações onde um eixo reto liso, por mais confiavelmente fixado que seja, introduz alguma dúvida sobre a integridade do caminho de torque ao longo da vida útil do motor.

Atrás do eixo: o mesmo encoder absoluto serial de 17 bits a 131.072 ppr que percorre toda a família J2-Super HC-SFS, emparelhado com a classe de amplificador MR-J2S-200.

Especificações Técnicas

Por que o Eixo com Chaveta Muda as Coisas

A maioria das aplicações servo usa um eixo reto liso e acoplamento por fixação por atrito. Funciona bem, a faixa de acoplamento é ampla e a instalação é simples. Então, quando um eixo com chaveta é a resposta certa em vez disso?

A resposta tem a ver com o que a interface de fixação por atrito realmente faz.

Um acoplamento de cubo dividido ou de ajuste por contração transmite torque através do atrito entre o furo do cubo e o diâmetro externo do eixo. Esse atrito é definido pela força de fixação na instalação — tipicamente um parafuso de fixação ou um parafuso passante no cubo dividido — e deve ser grande o suficiente para resistir ao pico de torque sem escorregar: neste caso, 14.3 Nm em cada transiente de aceleração, ciclo após ciclo, ao longo da vida útil total do motor.

Sob condições ideais, acoplamentos por atrito em 1.5kW lidam com isso de forma confiável. Sob condições menos ideais — afrouxamento do cubo induzido por vibração ao longo de milhares de horas, ciclos térmicos que alteram ligeiramente a geometria de fixação, entradas de choque de engate de corrente ou contato de dente de engrenagem — a margem de segurança que parecia adequada na instalação pode erodir.

Quando isso acontece, o deslizamento é geralmente intermitente e o erro de seguimento é pequeno o suficiente para que nenhum alarme seja acionado. O eixo desenvolve um problema de repetibilidade de posição que é genuinamente difícil de diagnosticar porque só aparece quando o eixo está trabalhando duro.

A chaveta elimina esse modo de falha. A chaveta ocupa ranhuras correspondentes tanto no eixo quanto no cubo, transmitindo torque através de sua seção transversal de cisalhamento em vez de atrito.

O caminho de torque é mecanicamente positivo — não depende da força de fixação, não se degrada com a vibração e não afrouxa com ciclos térmicos. 

Cargas cíclicas, reversão e entradas de choque que desafiariam uma interface de atrito não afetam uma junta com chaveta.

Para um motor de 1.5kW a 3.000 rpm onde o componente acionado — uma polia dentada, entrada de engrenagem sem-fim, polia de correia síncrona ou cubo de engrenagem — tem um furo com chaveta, seja por projeto ou por requisito do cliente, o HC-SFS153K é a escolha correta e natural.

Não há compromisso de desempenho. O torque nominal de 4.78 Nm e o pico de 14.3 Nm são idênticos ao HC-SFS153 de eixo reto.

1.5kW a 3000 rpm: O Ponto de Operação

Quatro vírgula sete oito Newton-metros a 3.000 rpm é uma combinação específica que se adequa a um conjunto bem definido de tipos de eixo.

É mais torque do que o HC-SFS103 de 1kW (3.18 Nm na mesma velocidade), o que se torna relevante quando o eixo sustenta carga moderada em toda a sua faixa de operação, em vez de apenas durante transientes de aceleração. Um motor de 1kW cujo eixo exige regularmente perto de 3.18 Nm continuamente está operando perto de seu limite térmico com pouca margem.

O HC-SFS153K a 4.78 Nm contínuo oferece a esse mesmo eixo aproximadamente 50% mais capacidade de torque sustentado — uma folga que se manifesta em menor temperatura de operação, maior vida útil do enrolamento e menor frequência de alarmes de sobrecarga em ciclos de produção exigentes.

A velocidade nominal de 3.000 rpm serve ao mesmo propósito que em toda a faixa de 3.000 rpm do HC-SFS: permitir o acoplamento direto a mecanismos que precisam de velocidade do eixo em vez de torque do eixo. Uma fuso de esferas de passo de 5 mm acionado a 3.000 rpm atinge 15 m/min de velocidade linear — rápido o suficiente para muitos eixos auxiliares de CNC sem qualquer estágio de redução.

Um acionamento de correia dentada com uma relação de 2:1 o converte para 1.500 rpm no eixo acionado, enquanto dobra o torque disponível, aproximando o ponto de trabalho de onde muitos mecanismos acoplados por engrenagem ou correia realmente precisam.

A velocidade máxima de 4.500 rpm estende a faixa operacional acima do ponto nominal na região de potência constante, onde o torque disponível diminui proporcionalmente.

Essa faixa estendida é útil para fases de translação rápida em eixos de posicionamento onde a carga é leve e a demanda de torque de translação está bem abaixo da figura nominal.

Situado Entre o 103 e o 203

A faixa de 3.000 rpm do HC-SFS na flange de 130 × 130 mm varia de 500W (HC-SFS53) a 2.000W (HC-SFS203) em quatro etapas. O HC-SFS153K está na terceira etapa — acima do HC-SFS103 de 1kW, abaixo do HC-SFS203 de 2kW, e compartilhando a mesma estrutura física e interface de montagem com ambos.

Um detalhe que vale a pena notar: tanto o HC-SFS153K quanto o HC-SFS203K usam o mesmo amplificador MR-J2S-200. A flange é idêntica, a montagem mecânica é a mesma e o emparelhamento do amplificador é o mesmo.

Isso significa que um quadro de máquina projetado para o HC-SFS153K pode acomodar o HC-SFS203K sem qualquer alteração mecânica ou no painel elétrico — o único ajuste de parâmetro necessário é configurar o amplificador para reconhecer o novo motor. Para aplicações onde a expansão futura de capacidade é uma possibilidade, esta é uma flexibilidade de design útil.

Sem Freio: O Padrão Correto para Eixos Horizontais com Chaveta

O HC-SFS153K não possui freio eletromagnético. Esta é a configuração correta para a grande maioria dos eixos horizontais e simetricamente carregados onde o eixo com chaveta faz sentido.

Aplicações de eixo com chaveta tipicamente envolvem acoplamentos mecânicos — polias dentadas, cubos de engrenagem, eixos de entrada sem-fim, polias de correia — todos os quais são mais comuns em mecanismos horizontais: acionamentos de transportadores, sistemas de alimentação de material, indexadores rotativos em planos horizontais, eixos auxiliares em conjuntos de máquinas montados horizontalmente.

Nesses eixos, o travamento servo através do loop de posição fechado do MR-J2S-200 é totalmente adequado para manter a posição em repouso. 

O encoder de 17 bits monitora o ângulo do eixo continuamente; o amplificador fornece corrente corretiva para manter um erro de seguimento zero. Não há nada que um freio possa adicionar em um mecanismo horizontal e balanceado.

As vantagens práticas da configuração sem freio neste tamanho de motor são reais. Sem circuito de freio DC de 24V no painel. Sem relé, sem supressor de surto.

Sem intertravamento MBR no PLC. Sem inspeção periódica de desgaste do freio na programação de manutenção. O motor é mais leve e mais curto que seu equivalente com freio, o que importa em eixos onde a massa do motor contribui para a inércia da estrutura em movimento.

O HC-SFS153K com eixo com chaveta e sem freio descreve uma interface mecânica simples: o cubo é chavetado e travado, o motor é conectado ao MR-J2S-200, e o eixo opera de forma limpa sem hardware de retenção adicional.

Onde o eixo é genuinamente vertical ou carregado pela gravidade, o HC-SFS153BK (eixo com chaveta mais freio aplicado por mola) é a especificação correta.

Em uma máquina com vários eixos dessa capacidade, aplicar o teste de eixo vertical deliberadamente a cada um e especificar de acordo produz um projeto mais limpo do que usar freios em todos os lugares por padrão.

Amplificadores Compatíveis

O HC-SFS153K é emparelhado com a família de amplificadores MR-J2S-200— a plataforma J2-Super com capacidade de 2kW. Apesar do motor ser de 1.5kW, a demanda de corrente a 3.000 rpm requer a classe de amplificador de 2kW em vez do MR-J2S-100 de 1kW. Isso é consistente em toda a faixa de 3.000 rpm do HC-SFS: tanto o HC-SFS153 quanto o HC-SFS203 usam o MR-J2S-200.

O MR-J2S-200A lida com comandos analógicos e de trem de pulsos de sistemas CNC, PLCs e controladores de movimento externos. Modos de controle de posição, velocidade e torque estão todos disponíveis, juntamente com as combinações de modo comutado P/S, S/T e T/P. RS-232C conecta-se ao software de configuração MR Configurator. Esta é a escolha padrão para aplicações de máquinas-ferramenta e automação geral.

O MR-J2S-200B conecta-se a controladores de movimento Mitsubishi das séries A e Q via barramento serial de fibra óptica SSCNET.

Todos os comandos do eixo e feedback do encoder viajam pela rede de fibra. Necessário para máquinas multieixos onde o movimento coordenado do eixo — engrenagem eletrônica, contorno, alimentação sincronizada — é gerenciado por um controlador de movimento Mitsubishi.

O MR-J2S-200CP incorpora posicionamento de eixo único integrado com até 31 posições de tabela de pontos, ativadas por sinais de E/S digitais ou da rede CC-Link.

Para eixos de posicionamento indexados autônomos que não requerem coordenação com outros eixos, o CP elimina o custo de um controlador de movimento dedicado.

Notas de compatibilidade. O HC-SFS153K requer um amplificador MR-J2S-200. Ele não é compatível com o MR-J2-200 de primeira geração, que não consegue decodificar o protocolo do encoder J2-Super de 17 bits.

Para máquinas que executam hardware MR-J2-200 original, o HC-SF153K (eixo com chaveta, encoder de 14 bits, mesmas dimensões mecânicas) é o motor correto. Não compatível com amplificadores MR-J3 ou MR-J4 sem um kit adaptador de renovação.

Aplicações Típicas

Eixos primários de correia dentada e acionamento síncrono. Eixos de máquinas onde o motor aciona uma redução de correia dentada — um arranjo muito comum em motores servo de 3.000 rpm — usam polias com chaveta como prática de projeto padrão.

A tensão da correia pré-carrega o cubo da polia radialmente, e a chaveta impede que a polia gire no eixo sob as cargas radiais e tangenciais combinadas do acionamento da correia. O eixo com chaveta do HC-SFS153K é precisamente o que esses acionamentos exigem.

Entradas de engrenagem sem-fim. Mesas de indexação rotativa, torres acionadas por servo e mecanismos de posicionamento angular que usam redutores de engrenagem sem-fim conectam o motor ao eixo sem-fim através de um cubo de acoplamento com chaveta.

A resistência do acionamento sem-fim à retro-travagem significa que o motor frequentemente mantém a posição através da redução da engrenagem em vez de através do travamento servo, e a interface com chaveta garante que o acoplamento motor-sem-fim seja mecanicamente positivo durante todo o ciclo de posicionamento e a fase de retenção.

Acionamentos de polia dentada em sistemas de transportadores e transferência. Seções de transportadores acionadas por servo e mecanismos de transferência que usam acionamentos de corrente montam uma polia dentada no eixo do motor usando um furo com chaveta.

Acionamentos de corrente impõem cargas de choque intermitentes — cada engate de elo de corrente cria um breve pico de torque — e a interface com chaveta lida com essas entradas de choque cíclicas de forma robusta, onde a fixação por atrito seria progressivamente desafiada.

Acionamentos de eixos auxiliares de máquinas-ferramenta CNC. Eixos de rotação de trocador de paletes, acionamentos de magazine de ferramentas rotativas e acionamentos de transportadores de cavacos em centros de usinagem CNC frequentemente usam acoplamentos com chaveta na interface motor-mecanismo, particularmente onde o eixo se conecta a um mecanismo de engrenagem existente projetado em torno de uma entrada de eixo com chaveta.

Rolos de acionamento em máquinas têxteis e de conversão. Rolos de alimentação e rolos de tensão em máquinas de corte, linhas de laminação e equipamentos de processamento têxtil onde o cubo do rolo é chavetado ao eixo de acionamento em toda a linha de produtos. Substituir o motor em tais máquinas sem alterar o cubo do rolo é simples quando o motor carrega a mesma especificação de chaveta.

Perguntas Frequentes

P1: Por que o HC-SFS153K usa o amplificador MR-J2S-200 em vez do MR-J2S-100, dado que é apenas 1.5kW?

A classe do amplificador é determinada pela demanda de corrente do motor, não apenas por sua potência nominal. A 3.000 rpm e 1.5kW, o HC-SFS153K consome uma corrente que excede a saída nominal do MR-J2S-100. As tabelas de compatibilidade de motor-amplificador da Mitsubishi confirmam o MR-J2S-200 para o HC-SFS153 e HC-SFS203 a 3.000 rpm.

Isso é consistente com o HC-SFS152 (1.5kW a 2.000 rpm) também usando o MR-J2S-200 — o envelope de corrente nesta combinação de potência e velocidade requer o amplificador maior, independentemente da potência nominal do motor.

P2: Qual é a diferença prática entre o HC-SFS153K (com chaveta) e o HC-SFS153 (eixo reto)?

As especificações de desempenho são idênticas — mesmo torque nominal de 4.78 Nm, mesmo pico de 14.3 Nm, mesmo encoder, mesmo amplificador. A diferença é puramente o caminho de torque eixo-cubo. A chaveta usinada do HC-SFS153K transmite torque mecanicamente através da seção transversal de cisalhamento da chaveta; o eixo reto do HC-SFS153 depende da fixação por atrito do cubo de acoplamento.

A variante com chaveta é apropriada quando o componente acionado possui um furo com chaveta, quando o mecanismo envolve reversão cíclica ou carga de choque, ou quando a integridade do caminho de torque a longo prazo sob vibração é uma prioridade de projeto. Para acoplamentos de precisão com furo liso em eixos horizontais limpos, o HC-SFS153 de eixo reto é mais simples e igualmente confiável.

P3: O HC-SFS153K pode substituir um HC-SF153K em uma máquina executando um amplificador MR-J2-200 de primeira geração?

Não. O encoder de 17 bits do HC-SFS153K é incompatível com o amplificador MR-J2-200 de primeira geração.

Apenas o HC-SF153K (eixo com chaveta, encoder de 14 bits) é compatível com hardware MR-J2-200 original.

Se a máquina já foi atualizada para um amplificador MR-J2S-200, o HC-SFS153K é um substituto direto mecanicamente, e a maior resolução do encoder é um benefício automático.

P4: Onde está a bateria de backup do encoder absoluto?

A bateria — célula de lítio Mitsubishi A6BAT — está dentro do amplificador servo MR-J2S-200, não no motor. Ela mantém o contador absoluto multirroto durante os períodos de desligamento. Substitua-a ao primeiro alarme de bateria fraca do amplificador.

Não adie: uma bateria totalmente descarregada redefine o contador multirroto, exigindo um ciclo de retorno de referência na próxima inicialização antes que o eixo possa retornar à produção. Em máquinas de alta disponibilidade, o alarme de bateria fraca deve ser tratado como uma tarefa de manutenção imediata.

P5: O HC-SFS153K está descontinuado. Quais são as opções de fornecimento e atualização?

O HC-SFS153K continua disponível como estoque excedente e unidades recondicionadas testadas através de especialistas em componentes servo Mitsubishi, tornando-o uma opção prática para manter máquinas existentes da plataforma J2-Super.

Para novos projetos de máquinas ou atualizações completas de plataforma, o equivalente da geração atual é da série HG-KR ou HF-KP com amplificadores MR-J4 ou MR-JE— mas tanto o motor quanto o amplificador devem ser substituídos juntos, pois o protocolo do encoder é incompatível.

Para máquinas com muitas unidades HC-SFS153K onde os amplificadores ainda estão funcionais, manter a plataforma J2-Super existente através do fornecimento de motores excedentes é frequentemente mais econômico do que uma atualização completa do sistema de acionamento.