Mitsubishi HC-SFS202BK (HCSFS202BK) — Servomoteur CA 2 kW, arbre à clavette + frein, série MELSERVO-J2S

Identification du produit

Numéro de pièce : HC-SFS202BK

Également recherché sous les noms : HCSFS202BK, HC-SFS-202BK

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

Type de moteur : Servomoteur sans balais CA — Arbre à clavette avec frein électromagnétique, 2000 tr/min

État : Neuf en boîte, scellé d'usine

Aperçu

Le Mitsubishi HC-SFS202BK est un servomoteur sans balais CA à inertie moyenne de 2 kW de la plateforme MELSERVO-J2S, combinant deux caractéristiques qui définissent cette variante exacte : une rainure de clavette usinée sur l'arbre d'entraînement et un frein électromagnétique à ressort. Avec un couple nominal continu de 9,55 Nm et un couple de pointe de 28,6 Nm, il offre la capacité d'accélération et la puissance de sortie en régime établi nécessaires pour la large gamme intermédiaire des applications d'entraînement de machines-outils et d'automatisation — des axes qui nécessitent plus qu'un servomoteur de petite capacité, mais où un moteur de 3,5 kW ou plus serait surdimensionné et plus difficile à justifier en termes de coût et d'espace dans le panneau.

Pourquoi cette combinaison spécifique ? L'arbre à clavette et le frein répondent à deux questions distinctes dans la conception de l'application, et cette variante satisfait les deux à la fois. La rainure de clavette assure une connexion mécanique positive entre l'arbre et le composant entraîné — une poulie de courroie crantée, un moyeu d'engrenage, un accouplement à vis à billes — garantissant que le chemin de couple à travers l'interface ne dépend pas uniquement du frottement. Le frein assure le maintien de l'axe en cas de défaillance, ce qui est obligatoire chaque fois que la perte de puissance du servomoteur rend la charge libre de se déplacer dans une direction incontrôlée.

Soutenu par l'encodeur absolu série 17 bits de la plateforme J2-Super, le HC-SFS202BK alimente 131 072 positions par révolution de retour d'information à l'amplificateur MR-J2S. La boucle de position fonctionne avec des données granulaires, et la fonction absolue conserve la position multi-tours complète entre les cycles d'alimentation — aucune séquence de mise à zéro requise après un arrêt, une réinitialisation d'alarme ou une interruption de courant.

Spécifications techniques

Deux caractéristiques, deux problèmes résolus

L'arbre à clavette

Une rainure de clavette est un petit détail aux conséquences mécaniques importantes. Sur un arbre droit, le moyeu d'accouplement transmet le couple par frottement : la charge de serrage entre l'alésage du moyeu et le diamètre extérieur de l'arbre doit être suffisante pour supporter le couple de pointe dans la pire condition de fonctionnement — une inversion soudaine à la vitesse d'avance maximale, une décélération d'urgence à partir d'une translation rapide, une charge de choc due à une coupe agressive. Si le serrage est insuffisant, le moyeu glisse. Un glissement sur un axe servo signifie une perte de position, et une perte de position sur une machine CNC signifie des pièces mises au rebut.

La rainure de clavette du HC-SFS202BK modifie entièrement le mécanisme de transmission du couple. La clavette occupe une fente correspondante dans l'arbre et dans l'alésage du moyeu ; sous charge, elle supporte le cisaillement sur la section transversale de la clavette. Le couple passe directement par la clavette, indépendamment de toute contribution au frottement du serrage du moyeu. C'est pourquoi les rainures de clavette sont standard dans les entraînements à courroie crantée, les applications de pignons de chaîne et toute conception d'accouplement où la charge est cyclique, inversée ou soumise à des chocs — des applications où une interface basée uniquement sur le frottement nécessiterait des forces de serrage nettement plus élevées pour rester fiable dans le temps.

Un point d'installation qui s'applique à cette taille de châssis : montez toujours le moyeu en utilisant le trou fileté de l'extrémité de l'arbre plutôt qu'en pressant ou en enfonçant le moyeu par la force. Un tire-fond traversant le trou fileté tire le moyeu d'aplomb sur l'arbre sans provoquer de choc axial. Les charges d'impact lors de l'installation du moyeu traversent l'arbre jusqu'au disque de l'encodeur à l'arrière du moteur et peuvent causer des dommages subtils à l'encodeur qui ne déclenchent pas de défaut immédiat mais réduisent la durée de vie de l'encodeur et peuvent provoquer des alarmes de retour d'information intermittentes sous vibration.

Le frein électromagnétique

Le frein du HC-SFS202BK est à ressort : la pression mécanique du ressort engage le disque de friction contre la plaque de frein, et le 24 V CC appliqué à la bobine le maintient ouvert, permettant la rotation libre de l'arbre. Retirez le 24 V — à tout moment, pour quelque raison que ce soit — et le ressort se ferme immédiatement. Aucune logique de contrôle requise, aucun signal de l'amplificateur nécessaire, aucun délai. C'est ce que signifie la sécurité intrinsèque dans ce contexte : l'état par défaut est verrouillé, et une alimentation est nécessaire pour le maintenir ouvert.

Pour un axe de 2 kW supportant une charge avec une composante gravitationnelle significative — un chariot d'outil vertical, un bras en porte-à-faux, un axe Z avec une tête de broche déséquilibrée — cette caractéristique de verrouillage par défaut est exactement ce que requiert une conception de machine sûre. L'axe maintient sa position lors des arrêts d'urgence, des coupures de courant, des déclenchements d'alarme et des séquences d'arrêt de maintenance.

Un séquençage correct du frein via la sortie MBR (verrouillage de frein électromagnétique) de l'amplificateur MR-J2S est essentiel. Le signal MBR retarde l'engagement du frein jusqu'à ce que l'amplificateur ait confirmé que la vitesse de l'axe est tombée en dessous d'un seuil sûr après la décélération. Le câblage du relais de frein directement à partir d'un contact d'arrêt d'urgence — sans l'interverrouillage MBR dans le circuit — provoquera l'engagement du ressort contre un arbre en rotation. À 2 kW et 28,6 Nm de pointe, l'impact résultant accélère l'usure du frein et peut produire des charges de choc mécaniques dans le mécanisme entraîné. L'interverrouillage MBR n'est pas facultatif ; c'est ainsi que le frein est conçu pour être utilisé.

Encodeur 17 bits : retour d'information granulaire à 2000 tr/min

La mise à niveau de l'encodeur de la génération J2-Super de 14 bits (16 384 ppr dans la série HC-SF) à 17 bits (131 072 ppr dans la série HC-SFS) n'était pas incrémentale. Huit fois plus de positions par révolution alimentent des données nettement plus fines dans chaque partie de la boucle de commande.

À 2 000 tr/min — la vitesse nominale du HC-SFS202BK — l'encodeur transmet des mises à jour de position qui résolvent des pas angulaires beaucoup plus petits que l'ancien appareil 14 bits ne le pouvait. L'amplificateur MR-J2S utilise ces données à trois fins simultanément : estimation de la vitesse pour la boucle de vitesse, calcul de l'erreur de suivi pour la boucle de position et référence de phase de commutation pour le vecteur de courant. De meilleures données dans chaque calcul signifient que les boucles peuvent être réglées sur une bande passante plus élevée tout en restant stables, et une bande passante plus élevée signifie une correction d'erreur plus rapide et un meilleur rejet des perturbations pendant le cycle de travail.

Le compteur absolu multi-tours continue de faire son travail silencieusement en arrière-plan. Soutenu par la batterie lithium A6BAT de l'amplificateur MR-J2S, il accumule les données de rotation de l'arbre lors de tout événement d'alimentation et les conserve indéfiniment tant que la batterie reste en bon état. Lors du prochain allumage — que ce soit après un arrêt nocturne planifié, une récupération d'arrêt d'urgence ou une panne de courant — l'axe lit sa position absolue actuelle et la communique au contrôleur sans aucun mouvement de retour de référence. Pour les machines qui fonctionnent en continu ou qui ont des exigences de temps de redémarrage serrées, l'élimination du cycle de mise à zéro permet de gagner un temps de production mesurable sur une année d'exploitation.

Compatibilité de l'amplificateur

Le HC-SFS202BK s'associe à l'amplificateur de classe MR-J2S-200. Trois variantes d'interface couvrent les principales architectures système utilisées dans les installations MELSERVO-J2S :

MR-J2S-200A gère les entrées de commande analogiques et à impulsions — le choix standard pour les systèmes CNC et les automates programmables utilisant des commandes de pas/direction ou de vitesse analogique ±10V. Il prend en charge les modes de contrôle de position, de vitesse et de couple et inclut l'interface RS-232C pour le logiciel de configuration MR Configurator.

MR-J2S-200B se connecte aux contrôleurs de mouvement Mitsubishi via le bus série fibre optique SSCNET. Dans les systèmes multi-axes où tous les axes sont coordonnés par un contrôleur de mouvement série A ou Q, l'amplificateur de type B reçoit les données de trajectoire sur le réseau et les exécute localement. Le bus fibre optique élimine les câbles d'encodeur entre le contrôleur et chaque amplificateur — le retour de position se fait via le même réseau.

MR-J2S-200CP intègre une table de points intégrée pour le positionnement autonome. Jusqu'à 31 positions peuvent être programmées directement dans l'amplificateur à l'aide de MR Configurator, les commandes d'E/S sélectionnant les points cibles et déclenchant les mouvements. Cette variante convient aux machines où un contrôleur de mouvement dédié n'est pas nécessaire et où une fonction de positionnement indexé simple est suffisante.

Le HC-SFS202BK n'est pas compatible avec les amplificateurs MR-J2-200 de première génération (qui ne peuvent pas lire l'encodeur 17 bits J2S), ni avec les amplificateurs MR-J3 ou MR-J4, qui utilisent une interface d'encodeur différente. Pour les machines utilisant des amplificateurs MR-J2 d'origine, le HC-SF202BK (moteur génération J2 avec encodeur 14 bits) est l'alternative correcte.

Série HC-SFS 2000 tr/min — Où se situe le 202BK

Le HC-SFS202BK se situe en bas de la gamme de brides de 176 × 176 mm — le même encombrement de montage physique que les moteurs 352, 502 et 702 ci-dessus. Ceci est important pour les concepteurs de machines qui planifient des chemins de mise à niveau ou maintiennent des conceptions à bride standardisée sur plusieurs axes : le schéma de boulonnage et le diamètre de centrage ne changent pas entre 2 kW et 7 kW dans cette classe de bride.

À chaque point de capacité, le suffixe de la variante indique le type d'arbre et le frein :

• Pas de suffixe / B = arbre droit / arbre droit avec frein
• K / BK = arbre à clavette / arbre à clavette avec frein

Le HC-SFS202BK est donc la version avec arbre à clavette et frein à 2 kW — la configuration pour les axes qui nécessitent les deux caractéristiques simultanément.

Applications typiques

Axes de positionnement secondaires pour centres d'usinage verticaux et horizontaux. Sur les centres d'usinage verticaux et horizontaux, les axes secondaires — entraînements de tables rotatives, trunnions d'axe B, mécanismes de serrage de palettes — utilisent couramment des servomoteurs de 2 kW dans la classe d'inertie moyenne. L'arbre à clavette convient aux engrenages directs ou aux entraînements par courroie crantée courants dans les conceptions d'axes rotatifs ; le frein maintient l'axe mécaniquement entre les positions d'indexation pendant la partie d'usinage du cycle.

Indexation de stations d'assemblage automatisées. Les tables d'indexation rotatives entraînées par servomoteur dans l'automatisation d'assemblage parcourent rapidement des positions angulaires fixes, s'arrêtent à chaque station pendant que les opérations d'assemblage se déroulent, puis s'indexent à nouveau. Le frein maintient la table pendant l'arrêt sans dépendre du couple du servomoteur — et l'encodeur absolu confirme la position angulaire exacte à chaque station sans retour de référence au démarrage du quart de travail.

Axes servo de machines d'emballage. Les entraînements de film, les mécanismes de scellage transversal et les axes d'alimentation de produits sur les lignes d'emballage utilisent des entraînements servo de 2 kW en fonctionnement continu à cycle élevé. Les interfaces à courroie crantée sur ces axes nécessitent généralement des arbres à clavette sur la poulie d'entraînement pour empêcher la tension de la courroie de faire tourner le moyeu de la poulie. L'indice de protection IP65 convient aux environnements de lavage courants dans l'emballage alimentaire et pharmaceutique.

Axes d'articulation de robot cartésien. Les systèmes de robots cartésiens et SCARA multi-axes utilisent des servomoteurs de capacité moyenne sur les axes de translation et de rotation primaires. L'arbre à clavette convient aux accouplements d'arbre de précision courants dans la conception des articulations de robot ; le frein assure un maintien de position sûr pendant le mode d'apprentissage et les séquences d'arrêt.

Indexation de tourelle de tour CNC. L'indexation de tourelle entraînée par servomoteur sur les tours CNC nécessite un positionnement angulaire rapide et précis suivi d'un maintien mécanique ferme pendant que l'outil sélectionné fonctionne sous la force de coupe. Avec un couple continu de 9,55 Nm et un couple de pointe de 28,6 Nm, le HC-SFS202BK gère l'inertie typique des tourelles multi-positions et fournit le couple de maintien nécessaire pour résister aux charges de coupe entre les cycles d'indexation.

Neuf en boîte, scellé d'usine

Ce HC-SFS202BK arrive dans son emballage Mitsubishi d'origine — carton extérieur scellé, emballage en mousse interne intact, capuchon de protection d'extrémité d'arbre et tous les couvercles de connecteur en place. Scellé d'usine signifie aucune installation préalable, aucune histoire thermique accumulée dans les enroulements, aucune usure des roulements due à une utilisation antérieure. Le joint d'étanchéité à l'huile au point de passage de l'arbre et la protection du boîtier IP65 sont tous deux dans leur état d'origine.

Pour les machines de production attendant cette pièce pour reprendre leur fonctionnement, le stock neuf en boîte signifie une expédition immédiate plutôt qu'un temps de réparation. Pour le stock de maintenance planifiée, les unités scellées d'usine se conservent de manière fiable dans des conditions appropriées — température stable, faible humidité, absence de vibrations — pendant plusieurs années. Au-delà de cinq ans de stockage, une rotation manuelle lente de l'arbre dans le cadre d'une vérification avant installation aide à redistribuer la graisse des roulements avant la première mise sous tension.

Questions fréquemment posées

Q1 : Quels amplificateurs sont compatibles avec le HC-SFS202BK ?

Le HC-SFS202BK nécessite un amplificateur de classe MR-J2S-200 de la plateforme MELSERVO-J2S. Les trois variantes principales sont le MR-J2S-200A (commande analogique/impulsion générale), le MR-J2S-200B (bus fibre optique SSCNET pour les contrôleurs de mouvement Mitsubishi) et le MR-J2S-200CP (fonction de positionnement intégrée). Tous prennent en charge l'encodeur série 17 bits. Ce moteur n'est pas compatible avec les amplificateurs MR-J2-200 d'origine ou avec les amplificateurs MR-J3 / MR-J4.

Q2 : Quelle est la différence entre le HC-SFS202BK et le HC-SFS202B ?

Les deux moteurs sont identiques dans toutes leurs spécifications — 2 kW, 9,55 Nm nominal, 28,6 Nm de pointe, encodeur 17 bits, bride 176 × 176 mm, mêmes exigences d'amplificateur, même indice de protection IP65. La seule différence réside dans l'arbre. Le HC-SFS202B a un arbre droit simple pour les accouplements à serrage par friction. Le HC-SFS202BK a une rainure de clavette usinée pour une transmission de couple positive par clavette et moyeu. Choisissez en fonction de l'interface d'accouplement requise par le mécanisme entraîné.

Q3 : Le frein électromagnétique est-il suffisamment puissant pour maintenir l'axe sous charge gravitationnelle ?

Le frein est un dispositif de maintien de sécurité intrinsèque conçu pour maintenir l'arbre du moteur immobile sous la charge statique de l'axe au repos — à condition que le couple gravitationnel déséquilibré sur l'arbre du moteur ne dépasse pas environ 70 % du couple nominal du moteur (environ 6,7 Nm pour ce moteur). Ce seuil provient des directives publiées par Mitsubishi pour les applications d'axes verticaux. Pour les charges produisant un couple déséquilibré plus élevé, un contrepoids supplémentaire doit être utilisé parallèlement au frein plutôt que de se fier uniquement au frein.

Q4 : Quelle batterie est requise pour l'encodeur 17 bits et où est-elle installée ?

L'encodeur absolu conserve la position multi-tours lors des coupures de courant grâce à une batterie lithium Mitsubishi A6BAT, qui est installée à l'intérieur de l'amplificateur servo MR-J2S — pas dans le moteur. Une batterie en bon état préserve la position absolue indéfiniment lors de toute interruption d'alimentation, éliminant les cycles de mise à zéro au redémarrage. Lorsque l'amplificateur affiche une alarme de batterie faible, remplacez l'A6BAT lors de la prochaine fenêtre de maintenance planifiée avant qu'une décharge complète ne provoque une perte de position absolue.

Q5 : Le HC-SFS202BK peut-il remplacer un HC-SFS152BK si un moteur de plus grande capacité est nécessaire ?

Les deux moteurs utilisent la même plateforme d'amplificateur MR-J2S et portent l'encodeur absolu 17 bits, mais ils nécessitent des puissances d'amplificateur différentes — le HC-SFS152BK s'associe au MR-J2S-200 (qui couvre également le 202), tandis qu'une mise à niveau de capacité implique de confirmer que l'amplificateur existant peut gérer le courant nominal du moteur de 2 kW. Plus important encore, le remplacement d'un moteur de 1,5 kW par un moteur de 2 kW modifie également la taille de la bride de 176 mm par rapport aux 130 mm du HC-SFS152BK — ce ne sont pas la même taille de bride. Le 202BK utilise une bride de 176 × 176 mm ; le 152BK utilise une bride de 130 × 130 mm. Un échange de moteur entre ces deux points de capacité nécessite des modifications de la plaque de montage du moteur, pas seulement des paramètres de l'amplificateur.