Mitsubishi HC-SFS502K (HCSFS502K) — Moteur Servo AC 5kW, Arbre cannelé, Sans frein, 2000 tr/min, Série MELSERVO J2-Super

Présentation du produit

Numéro de pièce : HC-SFS502K

Également recherché sous les noms : HCSFS502K, HC SFS 502K, HC-SFS-502K

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

Classification : Moteur Servo AC Brushless à Inertie Moyenne — 5 kW, classe 200V, 2000 tr/min, Arbre cannelé, Sans frein

Le moteur qui mérite sa place à 5 kW

Il y a une raison pour laquelle le point de 5 kW dans une gamme de moteurs servo a tendance à être bien fourni. Il se situe à la limite entre les axes qu'un moteur compact peut gérer et les axes qui nécessitent réellement un châssis plus grand. Pour les concepteurs de machines, il représente la dernière étape de capacité avant que la bride de 176 × 176 mm ne devienne inévitable — et le Mitsubishi HC-SFS502K arrive exactement à ce point, déjà sur le châssis plus grand, avec un couple continu de 23,9 Nm et un pic de 71,6 Nm prêt à gérer tout ce que l'axe demande.

Le suffixe "K" est direct : clavette usinée sur l'arbre, pas de frein électromagnétique. Cette combinaison définit l'intégration mécanique. L'arbre cannelé fournit un chemin de couple positif et mécaniquement verrouillé vers le composant entraîné — une entrée à vis sans fin, un pignon de chaîne, une poulie à courroie crantée, ou tout moyeu qui nécessite plus que le frottement pour transmettre de manière fiable les 5 kW complets. L'absence de frein maintient le circuit simple sur les axes qui n'en ont pas besoin. Entre ces deux choix, le HC-SFS502K couvre une part substantielle des conceptions d'axes 5 kW du monde réel.

Derrière l'arbre, l' encodeur absolu série 17 bits à 131 072 ppr fait ce que font les encodeurs J2-Super : il fournit une position absolue multi-tours au démarrage sans cycle de référencement, renvoie 131 072 positions angulaires par révolution à l'amplificateur MR-J2S-500, et stocke le nombre de tours accumulé lors de tout événement d'arrêt sur une batterie dans l'amplificateur. L'axe sait où il se trouve dès que l'alimentation est rétablie.

Spécifications techniques

23,9 Nm en continu, 71,6 Nm en pointe : ce que ces chiffres signifient en pratique

Le couple est la monnaie d'un axe servo. La vitesse compte aussi, mais pour la plupart des entraînements de positionnement et de processus, la question à laquelle l'ingénieur doit réellement répondre est la suivante : ce moteur peut-il supporter le couple requis au cycle de service requis sans déclencher une alarme de surcharge ou dégrader thermiquement les enroulements ?

Avec 23,9 Nm en continu, le HC-SFS502K a une capacité réelle. Il peut entraîner une vis à billes de 20 mm de pas à charge modérée, faire fonctionner un entraînement de bobinage en maintenant une tension de bande constante sur une plage de diamètres de rouleaux significative, alimenter du matériau dans une presse ou une station de formage, ou alimenter une table de rotation indexée tout au long d'un cycle de production complet. La puissance nominale continue n'est pas une puissance de pointe réduite — c'est le couple que le moteur peut supporter indéfiniment à la vitesse nominale dans les conditions thermiques que le modèle thermique électronique de l'amplificateur J2-Super prend en compte.

Le pic de 71,6 Nm — exactement trois fois la valeur continue — est disponible pour les transitoires d'accélération et de décélération de chaque cycle de positionnement. Un axe de 5 kW effectuant des mouvements rapides point à point passe une petite fraction de son temps de cycle à couple maximal pendant la rampe d'accélération, la majeure partie du temps de cycle à un couple continu ou inférieur, et une autre brève fraction en décélération. Le rapport pic/continu de 3:1 s'adapte à ce schéma. Le modèle thermique électronique intégré du MR-J2S-500 suit la charge thermique cumulative sur l'ensemble du cycle de service et déclenche une alarme avant que le moteur n'atteigne un état thermique dommageable — pas au moment de la surcharge, mais de manière prédictive en fonction de l'historique de fonctionnement.

Un chiffre à garder à l'esprit lors de la conception du système : le manuel d'instructions de l'amplificateur MR-J2S-500 recommande de maintenir le couple déséquilibré sur les axes verticaux à 70 % ou moins du couple nominal du moteur. À 23,9 Nm nominal, cela signifie maintenir le couple déséquilibré induit par la gravité en dessous d'environ 16,7 Nm pour un fonctionnement fiable. Si l'application dépasse ce seuil, un moteur avec un couple continu nominal plus élevé est la bonne solution — pas accepter un fonctionnement marginal à la limite.

Pourquoi l'arbre cannelé change la donne

La décision entre un arbre lisse et un arbre cannelé reçoit rarement beaucoup d'attention dans la documentation des moteurs servo. Elle devrait, car le choix a des conséquences pratiques qui se manifestent lors de l'installation, de la fiabilité à long terme, et occasionnellement lors d'appels de dépannage qui prennent des semaines à résoudre.

Un accouplement à serrage par friction transmet le couple par la force de contact entre l'alésage du moyeu et le diamètre extérieur de l'arbre. Cette force est établie lors de l'installation et doit rester suffisante pour résister au couple de pointe complet — 71,6 Nm dans ce cas — pendant toute la durée de vie du moteur. Les vibrations, les cycles thermiques et l'usure mécanique normale réduisent tous la force de serrage au fil du temps. Un accouplement qui était adéquat le premier jour peut développer un glissement sous les transitoires de couple de pointe après un an de production. Lorsqu'il le fait, le glissement est généralement intermittent, l'erreur de suivi qui en résulte est faible, et l'alarme peut ne jamais se déclencher — mais la répétabilité de la position se dégrade, et la cause profonde est vraiment difficile à trouver.

La clavette du HC-SFS502K élimine entièrement cette vulnérabilité. Le couple est transmis par la section transversale de cisaillement de la clavette elle-même, et non par frottement. Les inversions, les vibrations, les chocs dus à l'engagement d'une chaîne ou à un engrenage, les couples de pointe de 71,6 Nm lors de cycles d'accélération agressifs — aucun de ceux-ci ne met au défi une clavette correctement ajustée comme ils mettent au défi un accouplement à friction. Le chemin de couple est mécaniquement positif et ne se dégrade pas avec les heures de service.

Le compromis pratique : les moyeux cannelés nécessitent un alésage de clavette, ce qui est une opération d'usinage légèrement plus complexe qu'un alésage lisse. Pour les moyeux fabriqués sur commande — poulies personnalisées, ébauches d'engrenages, pignons — cela n'ajoute rien de significatif. Pour les moyeux prêts à l'emploi qui ne sont disponibles qu'avec un alésage lisse, les variantes à arbre lisse (HC-SFS502 ou HC-SFS502B) sont le bon moteur à spécifier. Le HC-SFS502K est le bon moteur lorsque le composant entraîné possède déjà une clavette, ou lorsque la conception peut en spécifier une.

Installation du moyeu sur le châssis 176 × 176 mm : la méthode de la vis de traction. Les manuels d'instructions des moteurs servo Mitsubishi sont explicites à ce sujet pour les moteurs de grand châssis. Utilisez toujours le trou fileté à l'extrémité de l'arbre et une vis de traction pour tirer le moyeu axialement sur l'arbre — jamais par pression ou par martelage. Le châssis 176 × 176 mm a un porte-à-faux d'arbre plus long que les moteurs plus petits, et les charges d'impact lors de l'ajustement du moyeu se transmettent directement à travers l'arbre au disque de l'encodeur et au roulement arrière. Les dommages n'apparaissent pas immédiatement. Ils se manifestent des semaines plus tard sous forme de défauts d'encodeur intermittents sous vibration, sans rien dans l'historique de service pour remonter à l'événement d'installation. La méthode de la vis de traction ajoute trente secondes et évite complètement le problème.

Pas de frein : le défaut correct pour la plupart des axes 5 kW

Chaque axe qui n'a pas besoin de frein électromagnétique bénéficie de ne pas en avoir. Le câblage est plus simple — pas de circuit de frein 24V DC, pas d'absorbeur de surtension, pas de séquence d'interverrouillage MBR dans le PLC. La conception du panneau est plus propre. L'inspection du disque de frein disparaît du programme de maintenance. Le moteur est plus léger et plus court que son homologue équipé d'un frein.

Le HC-SFS502K est approprié partout où le verrouillage servo via la boucle de position fermée du MR-J2S-500 est suffisant pour maintenir l'axe au repos — ce qui, pour les axes horizontaux et les mécanismes à charge symétrique, est fiable. La boucle de position reste active lorsque le servo est activé, l'encodeur 17 bits surveille en continu l'angle de l'arbre, et l'amplificateur fournit le courant nécessaire pour maintenir une erreur de suivi nulle. Sur un axe bien réglé, l'arbre ne bouge pas de manière perceptible au repos.

Le calcul change pour les axes verticaux, les avances inclinées, ou tout mécanisme où la charge a une composante gravitationnelle dans la direction de rotation de l'arbre. Lorsque le courant du servo diminue — à l'arrêt d'urgence, à la perte de puissance, ou à l'arrêt planifié du servo — ces axes bougeront à moins que quelque chose de mécanique ne les retienne. Le verrouillage servo ne peut pas retenir un axe qui essaie de tomber. Ces applications appartiennent au HC-SFS502BK (arbre cannelé, frein électromagnétique à ressort). La conception à ressort signifie que le frein est engagé par défaut et relâché uniquement lorsque la bobine du frein est sous tension — donc une perte de puissance applique automatiquement le frein plutôt que de le relâcher.

Pour une machine avec plusieurs axes de 5 kW, décider lesquels ont besoin de freins et lesquels n'en ont pas — et spécifier en conséquence — produit un meilleur système que de choisir par défaut le variant avec frein partout par prudence.

Amplificateurs compatibles : Plateforme MR-J2S-500

Le HC-SFS502K s'associe à l'amplificateur de classe MR-J2S-500, la plateforme J2-Super d'une capacité de 5 kW. Trois variantes d'interface couvrent les principales architectures de contrôle rencontrées dans l'automatisation industrielle :

MR-J2S-500A accepte les commandes de position à train d'impulsions et les références de vitesse/couple analogiques des contrôleurs CNC externes, des automates programmables et des contrôleurs de mouvement. Prend en charge les modes de contrôle de position, de vitesse et de couple complets et toutes les combinaisons de modes commutés. Port RS-232C pour le logiciel de configuration MR Configurator. Le choix général pour les axes d'avance de machines-outils, le positionnement industriel général, et toute application où la source de commande est un signal d'impulsion ou analogique.

MR-J2S-500B se connecte aux contrôleurs de mouvement Mitsubishi série A et série Q via le bus série fibre optique SSCNET. Toutes les commandes d'axe transitent par le réseau fibre ; les données de l'encodeur, la position absolue, l'état d'alarme et les données de surveillance reviennent par le même lien. L'amplificateur correct pour les systèmes multi-axes coordonnés où les axes doivent se déplacer en synchronisation géométrique précise — contournage, interpolation, engrenage électronique, suivi de came.

MR-J2S-500CP intègre le positionnement. Jusqu'à 31 positions cibles stockées sous forme de données de table de points dans l'amplificateur, activées par une commande d'E/S numériques ou du réseau CC-Link. Aucun contrôleur de mouvement externe requis. Adapté aux axes de positionnement indexés autonomes, aux stations de tables tournantes, et à toute application où la logique de positionnement est suffisamment simple pour être implémentée dans des tables de points.

Les trois partagent le même matériel d'amplificateur 5 kW, le même auto-réglage en temps réel, la suppression adaptative des vibrations, le filtre de suppression de résonance de machine, et la suite complète de fonctions de protection J2-Super.

Notes de compatibilité. Le HC-SFS502K nécessite un amplificateur J2-Super (MR-J2S). Il n'est pas compatible avec les amplificateurs MR-J2-500 de première génération, qui ne peuvent pas décoder le protocole série de l'encodeur 17 bits. Pour les machines fonctionnant avec du matériel MR-J2 d'origine, le HC-SF502K — mécaniquement identique, encodeur 14 bits — est le moteur correct. Non compatible avec les amplificateurs MR-J3 ou MR-J4 sans kit d'adaptateur de renouvellement.

Famille HC-SFS 2000 tr/min — Perspective de capacité

Le HC-SFS502K est le moteur de deuxième capacité la plus élevée de la famille HC-SFS 2000 tr/min. Il partage la bride de 176 × 176 mm avec les variantes 202, 352 et 702, de sorte que tout châssis de machine construit pour cette taille de bride peut accueillir toute la gamme de 2 kW à 7 kW sans aucune modification mécanique. Passer du HC-SFS502K au HC-SFS702K signifie accepter un moteur plus lourd et une augmentation de 40 % du couple continu — approprié si l'axe en a réellement besoin ; une surcharge inutile si 23,9 Nm est déjà une marge suffisante pour le point de fonctionnement le plus défavorable.

Chaque point de capacité de la famille 2000 tr/min est disponible dans les quatre configurations d'arbre et de frein : arbre lisse (pas de suffixe), arbre lisse avec frein (B), arbre cannelé (K), et arbre cannelé avec frein (BK). Toutes les variantes à 5 kW 2000 tr/min utilisent l'amplificateur MR-J2S-500 quelle que soit la configuration de l'arbre ou du frein.

Applications typiques

Axes d'avance de machines-outils robustes. Les centres d'usinage horizontaux CNC, les fraiseuses à portique et les rectifieuses avec une masse de table importante et des charges de coupe lourdes utilisent des moteurs servo 5 kW sur leurs axes linéaires principaux. Le couple continu de 23,9 Nm et le couple de pointe de 71,6 Nm du HC-SFS502K gèrent les exigences d'entraînement de vis à billes de ces mécanismes, l'arbre cannelé sécurisant l'interface du moyeu de l'écrou de vis à billes ou de la poulie.

Entraînements de bobinage et de contrôle de tension. Les entraînements de bobinage de matériaux sur les lignes de papier, de film et de textile fonctionnant en mode de contrôle de couple nécessitent un couple continu soutenu sur des diamètres de rouleaux variables. Le point de fonctionnement de 5 kW convient aux stations de bobinage de milieu de gamme où le point de consigne de tension de bande nécessite 15 à 20 Nm de couple moteur continu, avec une marge jusqu'à la limite de 23,9 Nm pour la sécurité.

Axes d'avance de presses et de machines d'emboutissage. Les axes d'avance de matériaux contrôlés par servo sur les presses à Danilo progressif, les presses à découper fin et les lignes d'emboutissage fonctionnent à vitesse modérée sous une force d'avance importante. Le couple de pointe de 71,6 Nm gère les transitoires de force élevée au début de chaque course d'avance ; l'arbre cannelé garantit que le moyeu du pignon d'entraînement ou du rouleau d'alimentation reste verrouillé sous les charges de choc cycliques générées par ces mécanismes.

Entraînements de tables de rotation indexées et de machines de transfert. Tables de rotation indexées multi-stations et arbres d'entraînement de machines de transfert utilisant des entraînements servo couplés par engrenage ou chaîne au niveau de 5 kW. Le moyeu côté moteur cannelé se connecte positivement à l'engrenage ou au pignon, l'encodeur absolu 17 bits maintient la précision de l'indexation au redémarrage, et le couple continu de 23,9 Nm entraîne le mécanisme chargé de manière fiable à chaque index.

Machines de découpe et de fraisage grand format. Axes de portique entraînés par servo sur les fraiseuses grand format, les tables de découpe plasma et les systèmes de positionnement par jet d'eau où la masse de l'axe et la vitesse de déplacement exigent 5 kW ou plus. Un accouplement à arbre lisse serait acceptable ici, mais les machines avec des entraînements primaires à courroie crantée utilisent souvent un moyeu de poulie cannelé pour l'engagement positif que la tension de la courroie exige.

Questions fréquemment posées

Q1 : Quels amplificateurs sont compatibles avec le HC-SFS502K ?

Le HC-SFS502K nécessite un amplificateur de classe MR-J2S-500. Les trois variantes d'interface sont : MR-J2S-500A (usage général, commande par impulsions/analogique), MR-J2S-500B (bus fibre optique SSCNET pour les contrôleurs de mouvement Mitsubishi), et MR-J2S-500CP (positionnement intégré, jusqu'à 31 tables de points). Les amplificateurs MR-J2-500 de première génération ne sont pas compatibles — ils ne peuvent pas lire l'encodeur J2-Super 17 bits. Les amplificateurs MR-J3 et MR-J4 ne sont pas non plus directement compatibles.

Q2 : Quelle est la différence entre le HC-SFS502K et le HC-SFS502BK ?

Les deux sont des moteurs 5 kW, 2000 tr/min, à arbre cannelé sur une bride de 176 × 176 mm avec des encodeurs 17 bits et des spécifications électriques identiques. La seule différence est le frein : le HC-SFS502K n'a pas de frein — la position est maintenue au repos par le verrouillage servo de l'amplificateur. Le HC-SFS502BK a un frein électromagnétique à ressort qui s'engage lorsque la bobine du frein est désactivée. Utilisez le 502BK sur les axes verticaux, les mécanismes chargés par gravité, et tout entraînement où un mouvement à l'arrêt du servo serait dangereux. Sur les axes horizontaux ou à charge symétrique, le 502K est la spécification correcte et plus simple.

Q3 : Le HC-SFS502K peut-il remplacer un HC-SF502K sur une machine existante ?

Mécaniquement oui — les dimensions de la bride, le diamètre de l'arbre et la clavette sont identiques, donc le moteur s'adapte physiquement au même montage. La différence cruciale est l'encodeur : le HC-SF502K utilise un encodeur 14 bits (16 384 ppr) compatible avec les amplificateurs MR-J2 et MR-J2S, tandis que le HC-SFS502K utilise un encodeur 17 bits (131 072 ppr) qui nécessite un amplificateur MR-J2S-500. Si la machine fonctionne avec un amplificateur MR-J2-500 d'origine, remplacez par le HC-SF502K, pas par le HC-SFS502K. Si la machine est déjà sur MR-J2S-500, le HC-SFS502K est la mise à niveau correcte et les paramètres de l'amplificateur doivent être vérifiés pour tout réglage de rapport d'engrenage électronique qui dépendait de la résolution de l'encodeur d'origine.

Q4 : Où se trouve la batterie de secours de l'encodeur absolu, et quand doit-elle être remplacée ?

La batterie — Mitsubishi A6BAT lithium — est logée à l'intérieur de l'amplificateur servo MR-J2S-500, pas dans le moteur. Elle est remplacée dans le panneau sans toucher le moteur ou l'accouplement. Remplacez-la lorsque l'amplificateur affiche une alarme de batterie faible. Si la batterie se décharge complètement, le compteur absolu multi-tours est réinitialisé et l'axe nécessite un cycle de retour de référence avant que la production ne puisse reprendre.

Q5 : Le HC-SFS502K est indiqué comme arrêté. Est-il toujours disponible, et quel est son remplacement à long terme ?

Oui — bien qu'arrêté par Mitsubishi, le HC-SFS502K reste largement disponible en stock excédentaire et reconditionné auprès des fournisseurs d'automatisation industrielle. Pour les machines qui doivent rester en service sur du matériel J2-Super, le stock excédentaire est la voie d'approvisionnement pratique. Pour les nouvelles conceptions de machines ou les rénovations majeures, l'équivalent de la génération actuelle est le HG-SR502K (série MR-J4, 5 kW, 2000 tr/min, arbre cannelé, encodeur 22 bits, bride 176 × 176 mm, IP67) — un remplacement mécanique direct qui nécessite un amplificateur MR-J4-500.