Mitsubishi HC-SFS502K (HCSFS502K) — Servomotor CA de 5kW, Eixo com Chaveta, Sem Freio, 2000 rpm, Série MELSERVO J2-Super

Visão Geral do Produto

Número da Peça: HC-SFS502K

Também Pesquisado Como: HCSFS502K, HC SFS 502K, HC-SFS-502K

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

Classificação: Servomotor CA sem Escovas de Média Inércia — 5 kW, classe 200V, 2000 rpm, Eixo com Chaveta, Sem Freio

O Motor Que Conquista Seu Lugar em 5kW

Há uma razão pela qual o ponto de 5kW em uma linha de servomotores tende a ser bem populado. Ele se situa na fronteira entre eixos que um motor compacto pode lidar e eixos que realmente precisam de uma estrutura maior. Para projetistas de máquinas, ele representa o último degrau de capacidade antes que a flange de 176 × 176 mm se torne inevitável — e o Mitsubishi HC-SFS502K chega exatamente nesse ponto, já com a estrutura maior, com 23,9 Nm de torque contínuo e 71,6 Nm de pico, pronto para lidar com o que quer que o eixo exija.

O sufixo "K" é direto: chaveta usinada no eixo, sem freio eletromagnético. Essa combinação define a integração mecânica. O eixo com chaveta fornece um caminho de torque positivo e mecanicamente travado para o componente acionado — uma entrada de sem-fim, uma engrenagem de corrente, uma polia de correia dentada ou qualquer cubo que exija mais do que atrito para transmitir os 5kW completos de forma confiável. A ausência de freio mantém o circuito simples em eixos que não precisam de um. Entre essas duas opções, o HC-SFS502K cobre uma parcela substancial dos projetos de eixos de 5kW do mundo real.

Atrás do eixo, o encoder absoluto serial de 17 bits a 131.072 ppr faz o que os encoders J2-Super fazem: entrega posição absoluta multi-volta ao ligar sem ciclo de referenciamento, envia 131.072 posições angulares por revolução de volta ao amplificador MR-J2S-500 e armazena a contagem de voltas acumulada através de qualquer evento de desligamento em uma bateria no amplificador. O eixo sabe onde está no momento em que a energia retorna.

Especificações Técnicas

23,9 Nm Contínuo, 71,6 Nm de Pico: O Que Esses Números Significam na Prática

O torque é a moeda de um eixo servo. A velocidade também importa, mas para a maioria dos acionamentos de posicionamento e processo, a pergunta que o engenheiro realmente precisa responder é: este motor pode sustentar o torque necessário no ciclo de trabalho exigido sem disparar um alarme de sobrecarga ou degradar termicamente os enrolamentos?

Com 23,9 Nm contínuos, o HC-SFS502K tem capacidade real. Ele pode acionar um fuso de esferas de passo de 20 mm com carga moderada, executar um acionamento de enrolamento mantendo tensão constante da bobina em uma faixa significativa de diâmetros de rolo, alimentar material através de uma prensa ou estação de conformação, ou alimentar uma mesa giratória de indexação através de um ciclo de produção completo. A classificação contínua não é um pico reduzido — é o torque que o motor pode sustentar indefinidamente na velocidade nominal sob as condições térmicas que o modelo térmico eletrônico do amplificador J2-Super leva em conta.

Os 71,6 Nm de pico — exatamente três vezes o valor contínuo — estão disponíveis para os transientes de aceleração e desaceleração em cada ciclo de posicionamento. Um eixo de 5kW fazendo movimentos rápidos de ponto a ponto gasta uma pequena fração de seu tempo de ciclo em torque de pico durante a rampa de aceleração, a maior parte do tempo de ciclo em torque contínuo ou abaixo dele, e outra breve fração desacelerando. A relação pico-contínuo de 3:1 acomoda esse padrão. O modelo térmico eletrônico integrado do MR-J2S-500 rastreia a carga térmica cumulativa em todo o ciclo de trabalho e gera um alarme antes que o motor atinja um estado térmico prejudicial — não no momento da sobrecarga, mas de forma preditiva com base no histórico de operação.

Um número que vale a pena manter em mente durante o projeto do sistema: o manual de instruções do amplificador MR-J2S-500 recomenda manter o torque desbalanceado em eixos verticais em 70% ou menos do torque nominal do motor. Com 23,9 Nm nominais, isso significa manter o torque desbalanceado induzido pela gravidade abaixo de aproximadamente 16,7 Nm para uma operação confiável. Se a aplicação exceder esse limite, um motor com uma classificação de torque contínuo mais alta é o caminho correto — não aceitar uma operação marginal no limite.

Por Que o Eixo com Chaveta Muda a Conversa

A decisão entre um eixo liso e um eixo com chaveta raramente recebe muito espaço na documentação de servomotores. Deveria, pois a escolha tem consequências práticas que aparecem na instalação, na confiabilidade a longo prazo e, ocasionalmente, em chamadas de solução de problemas que levam semanas para serem resolvidas.

Um acoplamento de aperto por atrito transmite torque através da força de contato entre o furo do cubo e o diâmetro externo do eixo. Essa força é estabelecida na instalação e deve permanecer suficiente para resistir ao torque de pico total — 71,6 Nm neste caso — durante toda a vida útil do motor. Vibração, ciclos térmicos e desgaste mecânico normal reduzem a força de aperto ao longo do tempo. Um acoplamento que era adequado no primeiro dia pode desenvolver deslizamento sob transientes de torque de pico após um ano de produção. Quando isso acontece, o deslizamento é geralmente intermitente, o erro de seguimento resultante é pequeno e o alarme pode nunca disparar — mas a repetibilidade da posição se degrada, e a causa raiz é genuinamente difícil de encontrar.

A chaveta no HC-SFS502K remove completamente essa vulnerabilidade. O torque é transmitido através da seção transversal de cisalhamento da própria chaveta, não por atrito. Reversão, vibração, choques de entrada de engajamento de corrente ou engrenagem, os torques de pico de 71,6 Nm durante ciclos de aceleração agressivos — nenhum desses desafia uma chaveta adequadamente instalada da mesma forma que desafia um aperto por atrito. O caminho do torque é mecanicamente positivo e não se degrada com as horas de serviço.

A troca prática: cubos com chaveta exigem um furo para chaveta, que é uma operação de usinagem um pouco mais complexa do que um furo liso. Para cubos que estão sendo feitos sob encomenda — polias personalizadas, blanks de engrenagem, engrenagens — isso não adiciona nada significativo. Para cubos prontos que estão disponíveis apenas com furo liso, as variantes de eixo liso (HC-SFS502 ou HC-SFS502B) são o motor certo para especificar. O HC-SFS502K é o motor certo quando o componente acionado já possui uma chaveta, ou quando o projeto pode especificar uma.

Instalação do cubo na estrutura de 176 × 176 mm: o método do parafuso de tração. Os manuais de instrução dos servomotores Mitsubishi são explícitos sobre isso para motores de grande porte. Sempre use o furo roscado na extremidade do eixo e um parafuso de tração para puxar o cubo axialmente para o eixo — nunca pressione ou martele. A estrutura de 176 × 176 mm tem um balanço do eixo maior do que motores menores, e a carga de impacto durante a montagem do cubo viaja diretamente através do eixo para o disco do encoder e o rolamento traseiro. O dano não aparece imediatamente. Ele aparece semanas depois como falhas intermitentes do encoder sob vibração, sem nada no histórico de serviço para apontar de volta para o evento de instalação. O método do parafuso de tração adiciona trinta segundos e evita o problema completamente.

Sem Freio: O Padrão Correto para a Maioria dos Eixos de 5kW

Todo eixo que não precisa de um freio eletromagnético se beneficia de não ter um. A fiação é mais simples — sem circuito de freio de 24V CC, sem supressor de surto, sem sequência de intertravamento MBR no PLC. O design do painel é mais limpo. A inspeção do disco de freio desaparece da programação de manutenção. O motor é mais leve e mais curto do que seu equivalente equipado com freio.

O HC-SFS502K é apropriado onde quer que o travamento do servo através do loop de posição fechado do MR-J2S-500 seja suficiente para manter o eixo em repouso — o que, para eixos horizontais e mecanismos com carga simétrica, é confiável. O loop de posição permanece ativo com o servo ligado, o encoder de 17 bits monitora continuamente o ângulo do eixo, e o amplificador fornece a corrente necessária para manter um erro de seguimento zero. Em um eixo bem ajustado, o eixo não se move perceptivelmente em repouso.

O cálculo muda para eixos verticais, avanços inclinados ou qualquer mecanismo onde a carga tenha um componente gravitacional na direção da rotação do eixo. Quando a corrente do servo cai — em parada de emergência, perda de energia ou desligamento planejado do servo — esses eixos se moverão a menos que algo mecânico os segure. O travamento do servo não pode segurar um eixo que está tentando cair. Essas aplicações pertencem ao HC-SFS502BK (eixo com chaveta, freio eletromagnético de mola). O design de mola significa que o freio é engatado por padrão e liberado apenas quando a bobina do freio é energizada — portanto, uma perda de energia aplica automaticamente o freio em vez de liberá-lo.

Para uma máquina com vários eixos de 5kW, decidir quais precisam de freios e quais não precisam — e especificar de acordo — produz um sistema melhor do que usar a variante com freio em todos os lugares por precaução.

Amplificadores Compatíveis: Plataforma MR-J2S-500

O HC-SFS502K emparelha com o amplificador da classe MR-J2S-500, a plataforma J2-Super de capacidade de 5kW. Três variantes de interface cobrem as principais arquiteturas de controle encontradas na automação industrial:

MR-J2S-500A aceita comandos de posição de trem de pulso e referências de velocidade/torque analógicas de CNCs externos, PLCs e controladores de movimento. Suporta modos completos de controle de posição, velocidade e torque e todas as combinações de modo comutado. Porta RS-232C para software de configuração MR Configurator. A escolha de uso geral para eixos de avanço de máquinas-ferramenta, posicionamento industrial geral e qualquer aplicação onde a fonte de comando seja um sinal de pulso ou analógico.

MR-J2S-500B conecta-se a controladores de movimento Mitsubishi das séries A e Q via barramento serial de fibra óptica SSCNET. Todos os comandos do eixo viajam pela rede de fibra; dados do encoder, posição absoluta, status de alarme e dados de monitoramento retornam pelo mesmo link. O amplificador correto para sistemas multieixo coordenados onde os eixos devem se mover em sincronização geométrica precisa — contorno, interpolação, engrenagem eletrônica, seguimento de came.

MR-J2S-500CP incorpora posicionamento integrado. Até 31 posições alvo armazenadas como dados de tabela de pontos no amplificador, ativadas por comando de E/S digital ou rede CC-Link. Nenhum controlador de movimento externo é necessário. Adequado para eixos de posicionamento indexados autônomos, estações de mesa giratória e qualquer aplicação onde a lógica de posicionamento seja simples o suficiente para ser implementada em tabelas de pontos.

Todos os três compartilham o mesmo hardware de amplificador de 5kW, a mesma auto-sintonia em tempo real, supressão adaptativa de vibração, filtro de supressão de ressonância da máquina e o conjunto completo de funções de proteção J2-Super.

Notas de compatibilidade. O HC-SFS502K requer um amplificador J2-Super (MR-J2S). Não é compatível com amplificadores MR-J2-500 de primeira geração, que não conseguem decodificar o protocolo serial do encoder de 17 bits. Para máquinas que executam hardware MR-J2 original, o HC-SF502K — mecanicamente idêntico, encoder de 14 bits — é o motor correto. Não compatível com amplificadores MR-J3 ou MR-J4 sem um kit adaptador de renovação.

Família HC-SFS 2000 rpm — Perspectiva de Capacidade

O HC-SFS502K é o motor de segunda maior capacidade na família HC-SFS de 2000 rpm. Ele compartilha a flange de 176 × 176 mm com as variantes 202, 352 e 702, portanto, qualquer estrutura de máquina construída para este tamanho de flange pode acomodar toda a gama de 2kW a 7kW sem qualquer modificação mecânica. Passar do HC-SFS502K para o HC-SFS702K significa aceitar um motor mais pesado e um aumento de 40% no torque contínuo — apropriado se o eixo realmente precisar dele; desnecessário se 23,9 Nm já for margem suficiente para o ponto de operação mais crítico.

Cada ponto de capacidade na família de 2000 rpm está disponível nas quatro configurações de eixo e freio: eixo liso (sem sufixo), eixo liso com freio (B), eixo com chaveta (K) e eixo com chaveta e freio (BK). Todas as variantes de 5kW a 2000rpm usam o amplificador MR-J2S-500, independentemente da configuração do eixo ou freio.

Aplicações Típicas

Eixos de avanço de máquinas-ferramenta de alta resistência. Centros de usinagem CNC horizontais, fresadoras de pórtico e retificadoras com grande massa de mesa e cargas de corte pesadas usam servomotores de 5kW em seus eixos lineares primários. O torque contínuo de 23,9 Nm e o pico de 71,6 Nm do HC-SFS502K lidam com as demandas do acionamento do fuso de esferas desses mecanismos, com o eixo com chaveta garantindo a conexão do cubo da porca do fuso de esferas ou da polia.

Acionamentos de controle de enrolamento e tensão. Acionamentos de enrolamento de material em linhas de papel, filme e têxteis operando em modo de controle de torque exigem torque contínuo sustentado em diâmetros de rolo variáveis. O ponto de operação de 5kW é adequado para estações de enrolamento de médio alcance onde o setpoint de tensão da bobina requer 15–20 Nm de torque contínuo do motor, com margem até o limite de 23,9 Nm para segurança.

Eixos de avanço de máquinas de prensagem e estampagem. Eixos de avanço de material controlados por servo em prensas de matriz progressiva, prensas de corte fino e linhas de estampagem operam em velocidade moderada sob força de avanço significativa. O torque de pico de 71,6 Nm lida com os transientes de alta força no início de cada curso de avanço; o eixo com chaveta garante que o cubo da engrenagem de acionamento ou do rolo de alimentação permaneça travado sob a carga de choque cíclica que esses mecanismos geram.

Acionamentos de máquinas de indexação rotativa e transferência. Mesas giratórias de indexação multiestação e eixos de acionamento de máquinas de transferência usando acionamentos servo acoplados por engrenagem ou correia na faixa de 5kW. O cubo do lado do motor com chaveta se conecta positivamente à engrenagem ou corrente, o encoder absoluto de 17 bits mantém a precisão da indexação na reinicialização, e o torque contínuo de 23,9 Nm aciona o mecanismo carregado através de cada índice de forma confiável.

Máquinas de corte e roteamento de grande formato. Eixos de pórtico acionados por servo em roteadores de grande formato, mesas de corte a plasma e sistemas de posicionamento a jato d'água onde a massa do eixo e a velocidade de deslocamento exigem 5kW ou mais. O acoplamento de eixo liso seria aceitável aqui, mas máquinas com acionamentos primários de correia dentada frequentemente usam um cubo de polia com chaveta para o engajamento positivo que a tensão da correia exige.

Perguntas Frequentes

P1: Quais amplificadores são compatíveis com o HC-SFS502K?

O HC-SFS502K requer um amplificador da classe MR-J2S-500. As três variantes de interface são: MR-J2S-500A (uso geral, comando pulso/analógico), MR-J2S-500B (barramento de fibra óptica SSCNET para controladores de movimento Mitsubishi) e MR-J2S-500CP (posicionamento integrado, até 31 tabelas de pontos). Amplificadores MR-J2-500 de primeira geração não são compatíveis — eles não conseguem ler o encoder J2-Super de 17 bits. Amplificadores MR-J3 e MR-J4 também não são diretamente compatíveis.

P2: Qual é a diferença entre o HC-SFS502K e o HC-SFS502BK?

Ambos são motores de 5kW, 2000 rpm, com eixo com chaveta em uma flange de 176 × 176 mm com encoders de 17 bits e especificações elétricas idênticas. A única diferença é o freio: o HC-SFS502K não tem freio — a posição é mantida em repouso pelo travamento do servo do amplificador. O HC-SFS502BK tem um freio eletromagnético de mola que engata quando a bobina do freio é desenergizada. Use o 502BK em eixos verticais, mecanismos carregados pela gravidade e qualquer acionamento onde o movimento com o servo desligado seria perigoso. Em eixos horizontais ou com carga simétrica, o 502K é a especificação correta e mais simples.

P3: O HC-SFS502K pode substituir um HC-SF502K em uma máquina existente?

Mecanicamente sim — as dimensões da flange, o diâmetro do eixo e a chaveta são idênticos, então o motor se encaixa fisicamente na mesma montagem. A diferença crítica é o encoder: o HC-SF502K usa um encoder de 14 bits (16.384 ppr) compatível com amplificadores MR-J2 e MR-J2S, enquanto o HC-SFS502K usa um encoder de 17 bits (131.072 ppr) que requer um amplificador MR-J2S-500. Se a máquina estiver rodando com um amplificador MR-J2-500 original, troque para o HC-SF502K, não para o HC-SFS502K. Se a máquina já estiver com MR-J2S-500, o HC-SFS502K é a atualização correta e os parâmetros do amplificador precisam ser verificados para quaisquer configurações de relação de engrenagem eletrônica que dependiam da resolução do encoder original.

P4: Onde fica a bateria de backup do encoder absoluto e quando ela precisa ser substituída?

A bateria — Mitsubishi A6BAT de lítio — está alojada dentro do amplificador servo MR-J2S-500, não no motor. Ela é substituída no painel sem tocar no motor ou acoplamento. Substitua-a quando o amplificador exibir um alarme de bateria fraca. Se a bateria for totalmente descarregada, o contador absoluto multi-volta será redefinido e o eixo exigirá um ciclo de retorno de referência antes que a produção possa ser retomada.

P5: O HC-SFS502K está listado como descontinuado. Ele ainda está disponível e qual é o substituto a longo prazo?

Sim — apesar de ter sido descontinuado pela Mitsubishi, o HC-SFS502K permanece amplamente disponível como estoque excedente e recondicionado através de fornecedores de automação industrial. Para máquinas que devem permanecer em serviço com hardware J2-Super, o estoque excedente é o caminho prático de fornecimento. Para novos projetos de máquinas ou grandes retrofits, o equivalente da geração atual é o HG-SR502K (série MR-J4, 5kW, 2000 rpm, eixo com chaveta, encoder de 22 bits, flange de 176 × 176 mm, IP67) — um substituto mecânico direto que requer um amplificador MR-J4-500.