Mitsubishi HC-SF502B (HCSF502B) — Servomotor AC de 5kW, Eixo Reto + Freio, Série MELSERVO J2

Identificação do Produto

Número da Peça: HC-SF502B

Também Pesquisado Como: HCSF502B, HC-SF-502B

Série: Mitsubishi MELSERVO HC-SF (Geração J2)

Tipo de Motor: Servomotor AC sem Escovas — Eixo Reto com Freio Eletromagnético, 2000 rpm

Condição: Novo na Caixa, Lacrado de Fábrica

Visão Geral

A Mitsubishi HC-SF502B é um servomotor AC sem escovas de inércia média de 5kW da plataforma MELSERVO J2 original, equipado com um freio eletromagnético de mola em um eixo reto. Classificado em 23,9 Nm continuamente e 71,6 Nm de pico, é a configuração para eixos de alta carga onde a interface de acoplamento de atrito com eixo reto é a escolha de projeto mecânico correta e onde a retenção mecânica à prova de falhas com servo desligado não é opcional — eixos verticais, deslizamentos carregados por gravidade, colunas Z que suportam conjuntos de eixo pesados e qualquer acionamento de 5kW onde a perda de controle do servo significa que a carga está livre para se mover em uma direção descontrolada.

O freio é a característica definidora aqui. Com 5kW e as massas de carga que acompanham eixos dessa capacidade, as consequências de um eixo sem freio perdendo o travamento do servo são proporcionais ao tamanho da máquina. O freio de mola trava o eixo mecanicamente no instante em que os 24V DC são removidos, quer essa remoção seja planejada durante uma sequência normal de desligamento ou não planejada durante uma falha, parada de emergência ou interrupção de energia. O eixo se mantém. A carga permanece onde o último comando de posição a colocou.

Como um motor de geração J2, o HC-SF502B carrega o encoder absoluto serial de 14 bits a 16.384 ppr e é compatível com os amplificadores MR-J2-500 originais e com a plataforma MR-J2S-500 posterior. Para a base instalada substancial de máquinas de produção executando hardware MR-J2 de primeira geração, essa dupla compatibilidade torna o HC-SF502B a escolha de fornecimento correta e única válida para uma substituição de motor idêntica — o HC-SFS502B (geração J2S de 17 bits) não funcionará em amplificadores MR-J2.

Especificações Técnicas

Por que 5kW e por que este eixo precisa de um freio

Nem todo eixo de 5kW é o mesmo tipo de problema. O HC-SF502B aborda uma combinação específica de demandas: um eixo grande com requisitos de torque reais, um perfil de carga vertical ou afetado pela gravidade e um projeto de máquina onde a segurança do eixo depende de uma retenção mecânica confiável em todas as condições de parada possíveis.

Os números de torque definem o contexto da capacidade. Com 23,9 Nm contínuos, o HC-SF502B pode sustentar essa saída indefinidamente sob condições térmicas nominais — turno após turno, ciclo após ciclo, sem atingir sobrecarga, desde que a demanda de torque efetiva permaneça dentro desse valor. O pico de 71,6 Nm é o recurso do amplificador durante as fases de aceleração: translação rápida para a próxima posição de corte, desaceleração da velocidade máxima do eixo para uma posição travada, qualquer transiente de movimento onde a demanda de torque instantânea atinge picos bem acima da carga de corte sustentada. Essa relação pico-contínuo de três para um dá ao eixo autoridade para acelerar e desacelerar uma carga de alta inércia rapidamente sem exigir que o motor sustente corrente de pico além do breve intervalo de aceleração.

A capacidade de 7,5 kVA da instalação de energia rege a infraestrutura de fornecimento elétrico — dimensionamento de cabos, fusíveis e gerenciamento de energia regenerativa, todos importantes a partir desse valor. Com 25A de corrente nominal e as inércias de carga típicas de eixos de máquinas pesadas, a energia de desaceleração regenerativa retornada ao barramento DC durante paradas de alta velocidade é uma consideração real de projeto do sistema que o projeto do painel deve levar em conta.

O freio existe por causa do que os eixos de 5kW tipicamente carregam. Uma grande cabeça de eixo de VMC pode pesar várias centenas de quilogramas. Uma palete carregada com uma peça de trabalho substancial e um torno pode se aproximar da mesma ordem de magnitude. Quando um eixo dessa capacidade perde a corrente do servo — por projeto durante uma sequência de desligamento, ou abruptamente durante um disparo de alarme — a situação mecânica é diferente de um eixo de 200W perdendo o servo. A energia armazenada na carga e a distância que ela pode percorrer antes que o atrito a detenha não são negligenciáveis. O freio de mola no HC-SF502B mantém essa carga estacionária no momento em que os 24V DC são removidos, sem qualquer dependência da lógica de controle, estado do software ou condição do amplificador.

O Freio Acionado por Mola: Princípios de Engenharia Nesta Escala

O mecanismo do freio é direto em conceito e crítico em consequência. Uma mola mecânica aplica força de aperto contínua ao disco do freio contra a placa do freio — o eixo é mantido. Energizar a bobina do freio com 24V DC gera um campo magnético que comprime a mola e libera o disco, permitindo a rotação livre do eixo. Remova os 24V DC e a mola se engata imediatamente. Nenhum sinal necessário. Nenhum comando de software. Nenhum atraso para uma sequência de controle executar. O eixo é travado no tempo que a mola leva para se mover.

Essa simplicidade mecânica é exatamente o que torna o projeto acionado por mola à prova de falhas. O modo de falha do freio é sempre em direção ao estado seguro — se o circuito da bobina falhar, se o relé cair, se a fonte de 24V for interrompida por qualquer motivo, a mola se engata e o eixo se mantém. Um freio acionado por energia (que requer corrente para se manter) tem a característica de falha oposta: qualquer falha no circuito da bobina libera o eixo. Em um acionamento de 5kW carregado por gravidade, a diferença entre esses dois modos de falha não é acadêmica.

A integração correta do sistema de freio na máquina requer três elementos:

A sinal MBR do amplificador MR-J2S ou MR-J2 deve controlar o relé do freio. A saída MBR é o sinal de intertravamento do freio do amplificador — ele atrasa o engate do freio até depois que o amplificador completou sua sequência de desaceleração e confirmou que o motor parou. Ignorar o intertravamento MBR e ligar o relé do freio diretamente de um contato de parada de emergência faz com que a mola se engate contra um eixo de 5kW em rotação. O choque mecânico resultante é severo o suficiente para causar danos imediatos ao freio e gera cargas de impacto na transmissão que podem afetar a esfera, o acoplamento e os rolamentos do motor, bem como o próprio freio.

Um supressor de surto ligado diretamente aos terminais da bobina do freio não é opcional. A bobina do freio é uma carga indutiva significativa. Desligar 24V DC através de um relé sem supressão de arco gera um transiente de tensão que pode danificar os contatos do relé, a saída do driver do relé no amplificador e outros componentes que compartilham o mesmo barramento de alimentação de 24V. O supressor deve ser posicionado na bobina — no ponto de conexão do motor, não no relé — para ser totalmente eficaz.

Para aplicações de eixo vertical, as orientações de especificação publicadas pela Mitsubishi colocam o torque estático desbalanceado máximo recomendado em 70% ou menos do torque nominal do motor — aproximadamente 16,7 Nm no eixo para este motor. Projetos de eixo com maior desequilíbrio de carga gravitacional devem usar contrapeso mecânico suplementar juntamente com o sistema de servo e freio. O freio é projetado para manter uma carga dentro de sua capacidade nominal, não para substituir um contrapeso ausente em um acionamento vertical sobrecarregado.

Eixo Reto: Seleção e Instalação do Acoplamento a 5kW

O eixo reto do HC-SF502B aceita acoplamentos de aperto por atrito — acoplamentos de disco, acoplamentos de fole e cubos de acoplamento de mandíbula dividida onde a força de aperto entre o furo do cubo e o diâmetro externo do eixo transmite torque. Esta é a interface padrão e bem comprovada para acionamentos de eixo de esferas CNC de alto desempenho, e funciona corretamente quando o acoplamento é especificado e instalado corretamente.

Especificação adequada significa que o acoplamento é classificado para o torque de pico, não para o torque contínuo. O pico de 71,6 Nm é o valor que rege a seleção do acoplamento. Um acoplamento selecionado com a classificação contínua de 23,9 Nm, mas marginal a 71,6 Nm, eventualmente escorregará sob os transientes de translação rápida e desaceleração que são condições normais de operação em um eixo CNC. O deslizamento em um eixo de 5kW com carga pesada é um evento que para a produção, não um incômodo recuperável.

O fator de serviço do fabricante do acoplamento para serviço de servo reverso deve ser aplicado ao torque de pico ao fazer a seleção final. A especificação conservadora do acoplamento neste nível de capacidade custa pouco e evita o cenário de diagnóstico desafiador de erros de posição intermitentes que aparecem apenas durante perfis de movimento específicos — a impressão digital de um cubo de acoplamento marginalmente escorregadio.

A montagem do cubo segue as mesmas orientações que se aplicam a toda a família HC-SF: use o furo roscado na extremidade do eixo e um parafuso de tração para assentar o cubo axialmente no eixo. Martelar ou pressionar o cubo neste tamanho de quadro do motor transmite energia de impacto através do eixo para o disco do encoder e o conjunto do rolamento na parte traseira. Os danos ao encoder que isso produz raramente são imediatos — eles tendem a se manifestar meses depois como alarmes de posição intermitentes sob vibração, que são genuinamente difíceis de rastrear até um evento de instalação do cubo que ocorreu antes da comissionamento da máquina.

Para aplicações onde o mecanismo acionado requer uma conexão positiva de chaveta e cubo em vez de uma interface de atrito — polias de correia dentada, cubos de engrenagem, acionamentos de pinhão — o motor correto é o HC-SF502BK (eixo com chaveta e freio). O HC-SF502B é a especificação quando o projeto do acoplamento é de aperto por atrito e a interface mecânica não requer chaveta.

Encoder de Geração J2 e a Vantagem da Dupla Compatibilidade

O HC-SF502B usa o encoder absoluto serial de 14 bits da plataforma J2 a 16.384 posições por revolução. Absoluto serial significa que o encoder transmite uma palavra de posição digital para o amplificador em cada intervalo de amostragem e mantém um contador absoluto multirvolta através do desligamento via backup de bateria. Em qualquer energização após qualquer tipo de interrupção — planejada, não planejada, breve ou estendida — o amplificador lê a posição absoluta atual e o eixo liga em sua localização correta sem um ciclo de retorno de referência.

O backup de bateria para o contador absoluto usa a célula de lítio A6BAT instalada no amplificador servo. Ela é mantida no amplificador durante a manutenção planejada. Substitua-a quando o amplificador exibir seu alarme de aviso de bateria fraca — antes que a célula se esgote completamente. Uma A6BAT completamente descarregada faz com que o contador multirvolta seja redefinido, e a máquina não pode retomar a produção sem um ciclo de retorno de referência nesse eixo.

O valor prático do encoder de geração J2 neste ponto da linha do produto HC-SF é a compatibilidade com o amplificador que ele permite. O protocolo serial de 14 bits pode ser lido por ambas as gerações de amplificadores sem adaptação:

• MR-J2-500A / MR-J2-500B — Amplificadores J2 originais. Compatibilidade total, sem restrições.
• MR-J2S-500A / MR-J2S-500B / MR-J2S-500CP — Amplificadores J2-Super. Retrocompatível com o encoder J2.

O HC-SFS502B com seu encoder J2S de 17 bits funciona apenas em hardware MR-J2S-500. Conectar um motor J2S de 17 bits a um amplificador MR-J2 de primeira geração produz uma falha no protocolo do encoder; o eixo não funcionará. O HC-SF502B não tem essa restrição. Para cada máquina em operação com amplificadores MR-J2-500 originais, o HC-SF502B é o alvo de fornecimento exato — uma substituição de motor que retorna o acionamento à especificação original sem qualquer alteração de amplificador, reengenharia de parâmetros ou trabalho adicional de comissionamento.

HC-SF502B vs HC-SFS502B: Um Ponto de Decisão

Ambos os motores são de 5kW, 23,9 Nm, eixo reto com freio eletromagnético, em uma flange de 176 × 176 mm. A saída mecânica e a montagem física são idênticas. A geração do encoder e o requisito do amplificador não são.

A decisão de fornecimento se resume a uma verificação: verifique a placa de identificação do amplificador. MR-J2-500 (sem S) significa que o HC-SF502B é o único motor correto para esse acionamento. MR-J2S-500 significa que ambos os motores são compatíveis — o HC-SFS502B oferece maior resolução do encoder, mas o HC-SF502B é uma alternativa totalmente válida para máquinas onde o feedback de 14 bits sempre foi suficiente.

Faixa de 2000 rpm HC-SF — Onde o 502B se Encaixa

O HC-SF502B compartilha a flange de 176 × 176 mm com todos os motores HC-SF de 2kW a 7kW. Dentro do grupo de capacidade 502, quatro variantes cobrem a matriz completa de eixo e freio: sem sufixo (reto, sem freio), B (reto com freio), K (com chaveta, sem freio), BK (com chaveta e freio). Todos os quatro compartilham as mesmas dimensões de flange, especificação do encoder e compatibilidade do amplificador. O tipo de eixo e a presença do freio não afetam a seleção elétrica ou do amplificador.

Aplicações Típicas

Acionamentos de eixo Z de VMC em grandes centros de usinagem verticais. A coluna Z carregada por gravidade é a aplicação definitiva para qualquer servomotor de 5kW com freio — cabeça de eixo pesada, deslocamento vertical direto, retenção mecânica obrigatória com servo desligado. O HC-SF502B de eixo reto se adapta às interfaces de acoplamento de disco ou fole usadas em acionamentos de eixo de esferas de VMC de alta rigidez, e o freio mantém a coluna na posição estacionada durante cada troca de ferramenta, pausa de programa e desligamento ao final do turno.

Eixos de ponta de eixo e barras de mandrilar de HMC. Eixos de translação de ponta de eixo de centro de usinagem horizontal que movem conjuntos pesados de eixo e ferramentas de mandrilar ao longo do eixo do fuso sob cargas de mandrilamento sustentadas precisam da capacidade de 5kW para manter a velocidade de corte constante. A ponta de eixo não é um eixo em queda livre em todas as configurações, mas em projetos onde a ponta de eixo carrega um balanço significativo não suportado, o freio fornece a garantia mecânica que o travamento do servo sozinho não pode.

Eixo transversal X de torno CNC grande. Eixos transversais de centro de torneamento de alta carga que carregam grandes conjuntos de torre e porta-ferramentas precisam de torque sustentado em taxas de avanço CNC e retenção mecânica confiável na posição de usinagem entre cortes. O contínuo de 23,9 Nm fornece a autoridade de avanço, e o freio mantém a posição do eixo transversal durante paradas de emergência e reinícios da máquina em tornos de leito inclinado onde o eixo transversal não é totalmente autotravante contra a gravidade.

Estações de elevação e abaixamento de máquinas de transferência. Estações de elevação de linha de transferência industrial que elevam e abaixam dispositivos de trabalho entre níveis de esteira usam servomotores com freios à prova de falhas como requisito de projeto padrão. A combinação do HC-SF502B de capacidade de saída de 5kW, freio acionado por mola e interface de acoplamento de eixo reto se adapta aos projetos de atuadores acionados por engrenagem ou correia usados em mecanismos de elevação de transferência de formato médio.

Eixos de alimentação de prensa e endireitadores servo. Unidades de alimentação de prensa acionadas por servo para operações de endireitamento e alimentação de chapa de bobina usam servomotores de alto torque nos eixos das rolos de alimentação e endireitamento. Esses eixos operam sob demanda contínua de alto torque, invertem a direção repetidamente a cada curso da prensa e devem manter a chapa na posição entre os cursos. O freio mantém a chapa enquanto a prensa opera; o encoder de geração J2 fornece a referência de posição absoluta necessária para um comprimento de alimentação consistente em lotes de produção.

Novo na Caixa, Lacrado de Fábrica

Lacrado de fábrica significa embalagem original Mitsubishi com tudo no lugar — caixa externa intacta, suporte de espuma interno intocado, tampa da extremidade do eixo instalada, todas as portas de conector cobertas, retentor de óleo em condição como fabricado. O motor e o conjunto de freio integrado nunca foram energizados, nunca instalados e não possuem histórico térmico ou mecânico. As superfícies de atrito do freio estão novas de fábrica; não houve ciclos de disco de serviço anterior.

Para uma máquina de produção parada aguardando este motor, o estoque novo na caixa elimina o tempo de reparo e entrega uma unidade em condição totalmente conhecida. Sem perguntas sobre a qualidade da instalação anterior, sem incertezas sobre eventos de falha anteriores ou histórico de sobrecarga. Para estoque planejado de peças sobressalentes em frotas de máquinas da era J2 onde essa capacidade aparece em eixos críticos, o estoque lacrado de fábrica fornece unidades consistentemente comissionáveis que vão diretamente do armazenamento para a instalação.

Armazenado sob condições de temperatura estável e baixa umidade, longe de vibrações, o estoque HC-SF502B lacrado de fábrica mantém a especificação completa por vários anos. Após cinco anos, uma rotação lenta do eixo pré-comissionamento como parte da verificação de instalação redistribui a graxa do rolamento antes que o motor seja energizado pela primeira vez.

Perguntas Frequentes

P1: Quais amplificadores são compatíveis com o HC-SF502B?

O HC-SF502B é compatível com amplificadores de geração J2 e J2-Super na classe 500. Modelos confirmados compatíveis são MR-J2-500A e MR-J2-500B (geração J2 original), e MR-J2S-500A, MR-J2S-500B, e MR-J2S-500CP (geração J2-Super). O encoder J2 de 14 bits é legível por ambas as plataformas sem modificação. O HC-SF502B não é compatível com amplificadores MR-J3 ou MR-J4.

P2: Qual é a diferença entre o HC-SF502B e o HC-SFS502B?

Ambos os motores são de 5kW, 23,9 Nm, eixo reto com freio eletromagnético, em uma flange de 176 × 176 mm — fisicamente intercambiáveis na montagem. A diferença é a geração do encoder: o HC-SF502B usa um encoder de 14 bits (16.384 ppr) e funciona com amplificadores MR-J2 e MR-J2S. O HC-SFS502B usa um encoder de 17 bits (131.072 ppr) e requer apenas amplificadores MR-J2S. Se a máquina executa hardware MR-J2-500 original, forneça o HC-SF502B. Se executa MR-J2S-500, ambos os motores são compatíveis.

P3: Como o freio eletromagnético deve ser sequenciado para evitar desgaste prematuro?

O freio só deve engatar após o motor ter desacelerado completamente até parar. Sempre controle o relé do freio através da saída MBR (intertravamento do freio eletromagnético) do amplificador MR-J2 ou MR-J2S, que sincroniza o engate após a parada confirmada do motor. Ligar o relé do freio diretamente de um contato de parada de emergência sem o intertravamento MBR fará com que a mola se engate contra um eixo de 5kW em rotação, causando danos imediatos ao freio. Além disso, sempre instale um supressor de surto diretamente nos terminais da bobina do freio para suprimir o pico de tensão indutiva ao desligar, protegendo o relé e os circuitos de saída do amplificador.

P4: Onde a bateria do encoder absoluto está localizada e quando ela deve ser substituída?

A bateria de lítio Mitsubishi A6BAT que suporta o encoder absoluto está dentro do amplificador servo, não do motor. Ela mantém o contador de posição multirvolta durante qualquer interrupção de energia, eliminando ciclos de referenciamento na reinicialização. Substitua-a quando o amplificador exibir seu aviso de bateria fraca — antes do esgotamento completo. Uma A6BAT totalmente descarregada faz com que o contador de posição absoluta seja redefinido, exigindo um ciclo de retorno de referência antes que a produção possa ser retomada. O motor em si não requer manutenção de bateria.

P5: O HC-SF502B pode substituir um HC-SF502BK se a variante de eixo com chaveta não estiver disponível?

O HC-SF502B e o HC-SF502BK são idênticos, exceto pelo eixo. O HC-SF502B tem um eixo reto liso; o HC-SF502BK tem uma chaveta usinada. Se o cubo do lado acionado tiver uma chaveta, o HC-SF502B não pode ser substituído diretamente sem modificar o cubo — a chaveta não tem onde engatar em um eixo liso. Substituir um motor de eixo reto por um projeto de eixo com chaveta requer a substituição do cubo por um projetado para um grampo de atrito de eixo liso, ou o fornecimento da variante correta de eixo com chaveta. Não tente operar um cubo com chaveta em um eixo liso confiando apenas no atrito; a 5kW, as demandas de torque tornam isso não confiável.