Mitsubishi HC-SFS153K (HCSFS153K) — Motor servo AC de 1.5kW, eje con chaveta, sin freno, 3000 rpm, serie MELSERVO J2-Super

Descripción general del producto

Número de pieza: HC-SFS153K

También buscado como: HCSFS153K, HC SFS 153K, HC-SFS-153K

Serie: Mitsubishi MELSERVO HC-SFS (Generación J2-Super)

Clasificación: Servomotor AC sin escobillas de inercia media — 1.5 kW, clase 200V, 3000 rpm, eje con chaveta, sin freno

Introducción: Un motor con un propósito específico

Existen servomotores diseñados para la flexibilidad y servomotores diseñados con una interfaz mecánica particular en mente. El Mitsubishi HC-SFS153K se inclina hacia lo último. El sufijo "K" es el identificador crítico — una chaveta mecanizada en el eje que cambia fundamentalmente cómo se transmite el par del motor al componente accionado.

Con 1.5kW y 3.000 rpm en una brida de 130 × 130 mm, el HC-SFS153K se sitúa en el extremo compacto del rango de servomotores de capacidad media. Su par continuo de 4.78 Nm y su par pico de 14.3 Nm se encuentran en una banda práctica para ejes auxiliares de máquinas herramienta, accionamientos de cintas transportadoras de velocidad media y cualquier mecanismo donde el acoplamiento motor-carga deba ser preciso y mecánicamente positivo. El eje con chaveta es la característica que lo hace adecuado para aquellas aplicaciones donde un eje recto liso, por muy fiable que esté sujeto, introduce cierta duda sobre la integridad de la ruta de par durante la vida útil del motor.

Detrás del eje: el mismo codificador absoluto serial de 17 bits a 131.072 ppr que se encuentra en toda la familia J2-Super HC-SFS, emparejado con la clase de amplificador MR-J2S-200.

Especificaciones técnicas

Por qué el eje con chaveta cambia las cosas

La mayoría de las aplicaciones de servomotores utilizan un eje liso y un acoplamiento de sujeción por fricción. Funciona bien, el rango de acoplamientos es amplio y la instalación es sencilla. Entonces, ¿cuándo es un eje con chaveta la respuesta correcta en su lugar?

La respuesta tiene que ver con lo que realmente hace la interfaz de sujeción por fricción. Un acoplamiento de buje dividido o de ajuste por contracción transmite el par a través de la fricción entre el orificio del buje y el diámetro exterior del eje. Esa fricción se establece por la fuerza de sujeción en la instalación — típicamente un tornillo prisionero o un perno pasante en el buje dividido — y debe ser lo suficientemente grande como para resistir el par pico sin deslizamiento: en este caso, 14.3 Nm en cada transitorio de aceleración, ciclo tras ciclo, durante toda la vida útil del motor.

En condiciones ideales, los acoplamientos por fricción a 1.5kW manejan esto de manera fiable. En condiciones menos ideales — aflojamiento del buje inducido por vibración durante miles de horas, ciclos térmicos que cambian ligeramente la geometría de sujeción, cargas de choque por enganche de cadena o contacto de diente de engranaje — el margen de seguridad que parecía adecuado en la instalación puede erosionarse. Cuando esto sucede, el deslizamiento suele ser intermitente y el error de seguimiento es lo suficientemente pequeño como para que no se produzca ninguna alarma. El eje desarrolla un problema de repetibilidad de posición que es realmente difícil de diagnosticar porque solo aparece cuando el eje está trabajando intensamente.

La chaveta elimina este modo de fallo. La chaveta ocupa ranuras coincidentes tanto en el eje como en el buje, transmitiendo el par a través de su sección transversal de cizallamiento en lugar de a través de la fricción. La ruta de par es mecánicamente positiva — no depende de la fuerza de sujeción, no se degrada con la vibración y no se afloja con los ciclos térmicos. Las cargas cíclicas, la inversión y las cargas de choque que desafiarían una interfaz de fricción no afectan a una junta con chaveta.

Para un motor de 1.5kW a 3.000 rpm donde el componente accionado — una polea dentada, entrada de engranaje helicoidal, polea de correa síncrona o buje de engranaje — tiene un orificio para chaveta, ya sea por diseño o por requisito del cliente, el HC-SFS153K es la opción correcta y natural. No hay ninguna contrapartida en el rendimiento. El par nominal de 4.78 Nm y el par pico de 14.3 Nm son idénticos a los del HC-SFS153 de eje liso.

1.5kW a 3000 rpm: El punto de operación

Cuatro coma setenta y ocho Newton-metros a 3.000 rpm es una combinación específica que se adapta a un conjunto bien definido de tipos de ejes.

Es más par que el HC-SFS103 de 1kW (3.18 Nm a la misma velocidad), lo que se vuelve relevante cuando el eje soporta una carga moderada en todo su rango de operación en lugar de solo durante los transitorios de aceleración. Un motor de 1kW cuyo eje exige regularmente cerca de 3.18 Nm de forma continua está operando cerca de su límite térmico con poco margen. El HC-SFS153K con 4.78 Nm continuos proporciona a ese mismo eje aproximadamente un 50% más de capacidad de par sostenido — margen que se traduce en una menor temperatura de operación, una mayor vida útil del bobinado y una menor frecuencia de alarmas de sobrecarga en ciclos de producción exigentes.

La velocidad nominal de 3.000 rpm cumple el mismo propósito que en todo el rango de 3.000 rpm del HC-SFS: permitir el acoplamiento directo a mecanismos que necesitan velocidad de eje en lugar de par de eje. Un husillo de bolas de paso de 5 mm accionado a 3.000 rpm alcanza una velocidad lineal de 15 m/min — lo suficientemente rápido para muchos ejes auxiliares de CNC sin ninguna etapa de reducción. Una transmisión por correa dentada con una relación de 2:1 la convierte en 1.500 rpm en el eje accionado mientras duplica el par disponible, acercando el punto de trabajo a donde muchos mecanismos acoplados por engranajes o correas realmente lo necesitan.

La velocidad máxima de 4.500 rpm amplía el rango de operación por encima del punto nominal en la región de potencia constante, donde el par disponible disminuye proporcionalmente. Este rango extendido es útil para fases de desplazamiento rápido en ejes de posicionamiento donde la carga es ligera y la demanda de par de desplazamiento está muy por debajo de la cifra nominal.

Situado entre el 103 y el 203

El rango de 3.000 rpm del HC-SFS en la brida de 130 × 130 mm va de 500W (HC-SFS53) a 2.000W (HC-SFS203) en cuatro pasos. El HC-SFS153K se sitúa en el tercer paso — por encima del HC-SFS103 de 1kW, por debajo del HC-SFS203 de 2kW, y compartiendo el mismo marco físico e interfaz de montaje con ambos.

Un detalle que vale la pena señalar: tanto el HC-SFS153K como el HC-SFS203K utilizan el mismo amplificador MR-J2S-200. La brida es idéntica, el montaje mecánico es el mismo y la combinación de amplificador es la misma. Esto significa que un bastidor de máquina diseñado para el HC-SFS153K puede alojar el HC-SFS203K sin ningún cambio mecánico o de panel eléctrico — el único ajuste de parámetros necesario es configurar el amplificador para que reconozca el nuevo motor. Para aplicaciones donde la expansión futura de capacidad es una posibilidad, esta es una flexibilidad de diseño útil.

Sin freno: La opción predeterminada correcta para ejes horizontales con eje con chaveta

El HC-SFS153K no lleva freno electromagnético. Esta es la configuración correcta para la gran mayoría de ejes horizontales y de carga simétrica donde el eje con chaveta tiene sentido.

Las aplicaciones de eje con chaveta suelen implicar acoplamientos mecánicos — poleas dentadas, bujes de engranajes, ejes de entrada de tornillo sin fin, poleas de correa — todos los cuales son más comunes en mecanismos horizontales: accionamientos de cintas transportadoras, sistemas de alimentación de materiales, indexadores rotativos en planos horizontales, ejes auxiliares en ensamblajes de máquinas montadas horizontalmente. En estos ejes, el bloqueo del servomotor a través del bucle de posición cerrado del MR-J2S-200 es totalmente adecuado para mantener la posición en reposo. El codificador de 17 bits monitoriza continuamente el ángulo del eje; el amplificador suministra corriente correctiva para mantener un error de seguimiento cero. No hay nada que un freno pueda añadir en un mecanismo horizontal y equilibrado.

Las ventajas prácticas de la configuración sin freno a este tamaño de motor son reales. No hay circuito de freno de CC de 24V en el panel. Sin relé, sin supresor de sobretensión. Sin interbloqueo MBR en el PLC. Sin inspección periódica del desgaste del freno en el programa de mantenimiento. El motor es más ligero y corto que su equivalente con freno, lo que importa en ejes donde la masa del motor contribuye a la inercia de la estructura en movimiento.

El HC-SFS153K con eje con chaveta y sin freno describe una interfaz mecánica sencilla: el buje tiene chaveta y está bloqueado, el motor está conectado al MR-J2S-200 y el eje funciona limpiamente sin hardware de sujeción adicional. Donde el eje es verdaderamente vertical o está cargado por gravedad, el HC-SFS153BK (eje con chaveta más freno aplicado por resorte) es la especificación correcta. En una máquina con varios ejes de esta capacidad, aplicar la prueba de eje vertical deliberadamente a cada uno y especificar en consecuencia produce un diseño más limpio que optar por frenos en todas partes.

Amplificadores compatibles

El HC-SFS153K se empareja con la familia de amplificadores MR-J2S-200 — la plataforma J2-Super de capacidad de 2kW. A pesar de que el motor es de 1.5kW, la demanda de corriente a 3.000 rpm requiere la clase de amplificador de 2kW en lugar del MR-J2S-100 de 1kW. Esto es consistente en todo el rango de 3.000 rpm del HC-SFS: tanto el HC-SFS153 como el HC-SFS203 utilizan el MR-J2S-200.

MR-J2S-200A maneja comandos analógicos y de tren de pulsos de sistemas CNC, PLC y controladores de movimiento externos. Los modos de control de posición, velocidad y par están disponibles, junto con las combinaciones de modo conmutado P/S, S/T y T/P. RS-232C se conecta al software de configuración MR Configurator. Esta es la opción estándar para aplicaciones de máquinas herramienta y automatización general.

MR-J2S-200B se conecta a los controladores de movimiento de las series A y Q de Mitsubishi a través del bus serial de fibra óptica SSCNET. Todos los comandos del eje y la retroalimentación del codificador viajan por la red de fibra. Requerido para máquinas multieje donde el movimiento coordinado de ejes — engranaje electrónico, contorneado, avances sincronizados — es gestionado por un controlador de movimiento Mitsubishi.

MR-J2S-200CP incorpora posicionamiento de un solo eje integrado con hasta 31 posiciones de tabla de puntos, activadas por señales de E/S digitales o de la red CC-LINK. Para ejes de posicionamiento indexados independientes que no requieren coordinación con otros ejes, el CP elimina el costo de un controlador de movimiento dedicado.

Notas de compatibilidad. El HC-SFS153K requiere un amplificador MR-J2S-200. No es compatible con la primera generación MR-J2-200, que no puede decodificar el protocolo del codificador J2-Super de 17 bits. Para máquinas que ejecutan hardware MR-J2-200 original, el HC-SF153K (eje con chaveta, codificador de 14 bits, mismas dimensiones mecánicas) es el motor correcto. No compatible con amplificadores MR-J3 o MR-J4 sin un kit adaptador de renovación.

Aplicaciones típicas

Ejes primarios de transmisión por correa dentada y síncrona. Los ejes de máquina donde el motor acciona una reducción de correa dentada — una disposición muy común en servomotores de 3.000 rpm — utilizan poleas con chaveta como práctica de diseño estándar. La tensión de la correa precarga radialmente el buje de la polea, y la chaveta evita que la polea gire en el eje bajo las cargas radiales y tangenciales combinadas de la transmisión por correa. El eje con chaveta del HC-SFS153K es precisamente lo que requieren estas transmisiones.

Entradas de engranaje helicoidal. Las mesas de indexación rotativa, las torretas accionadas por servomotor y los mecanismos de posicionamiento angular que utilizan reductores de engranaje helicoidal conectan el motor al eje helicoidal a través de un buje de acoplamiento con chaveta. La resistencia del engranaje helicoidal a la retroalimentación significa que el motor a menudo mantiene la posición a través de la reducción de engranajes en lugar de a través del bloqueo del servomotor, y la interfaz con chaveta asegura que el acoplamiento motor-helicoidal sea mecánicamente positivo durante todo el ciclo de posicionamiento y la fase de sujeción.

Transmisiones por cadena de piñón en sistemas de transporte y transferencia. Las secciones de cinta transportadora accionadas por servomotor y los mecanismos de transferencia que utilizan transmisiones por cadena montan un piñón en el eje del motor utilizando un orificio con chaveta. Las transmisiones por cadena imponen cargas de choque intermitentes — cada enganche de eslabón de cadena crea un pico de par breve — y la interfaz con chaveta maneja estas cargas de choque cíclicas de manera robusta donde la sujeción por fricción se vería progresivamente desafiada.

Ejes auxiliares de máquinas herramienta CNC. Los ejes de rotación de cambiador de palets, los accionamientos de cargadores de herramientas rotativos y los accionamientos de cintas transportadoras de virutas en centros de mecanizado CNC a menudo utilizan acoplamientos con chaveta en la interfaz motor-mecanismo, particularmente donde el eje se conecta a un mecanismo de engranaje existente diseñado en torno a una entrada de eje con chaveta.

Rodillos de accionamiento en máquinas textiles y de conversión. Los rodillos de alimentación y los rodillos de tensión en máquinas de corte, líneas de laminación y equipos de procesamiento textil donde el buje del rodillo está con chaveta al eje de accionamiento en toda la gama de productos. Reemplazar el motor en tales máquinas sin cambiar el buje del rodillo es sencillo cuando el motor tiene la misma especificación de chaveta.

Preguntas frecuentes

P1: ¿Por qué el HC-SFS153K utiliza el amplificador MR-J2S-200 en lugar del MR-J2S-100, dado que solo es de 1.5kW?

La clase de amplificador está determinada por la demanda de corriente del motor, no solo por su potencia nominal. A 3.000 rpm y 1.5kW, el HC-SFS153K consume una corriente que excede la salida nominal del MR-J2S-100. Las tablas de compatibilidad de motores-amplificadores de Mitsubishi confirman el MR-J2S-200 para el HC-SFS153 y el HC-SFS203 a 3.000 rpm. Esto es coherente con el HC-SFS152 (1.5kW a 2.000 rpm) que también utiliza el MR-J2S-200 — el envolvente de corriente a esta combinación de potencia y velocidad requiere el amplificador más grande independientemente de la potencia nominal del motor.

P2: ¿Cuál es la diferencia práctica entre el HC-SFS153K (con chaveta) y el HC-SFS153 (eje liso)?

Las especificaciones de rendimiento son idénticas — el mismo par nominal de 4.78 Nm, el mismo par pico de 14.3 Nm, el mismo codificador, el mismo amplificador. La diferencia es puramente la ruta de par eje-buje. La chaveta mecanizada del HC-SFS153K transmite el par mecánicamente a través de la sección transversal de cizallamiento de la chaveta; el eje liso del HC-SFS153 se basa en la sujeción por fricción del buje de acoplamiento. La variante con chaveta es apropiada cuando el componente accionado tiene un orificio para chaveta, cuando el mecanismo implica inversión cíclica o cargas de choque, o cuando la integridad de la ruta de par a largo plazo bajo vibración es una prioridad de diseño. Para acoplamientos de precisión de orificio liso en ejes horizontales limpios, el HC-SFS153 de eje liso es más sencillo e igualmente fiable.

P3: ¿Puede el HC-SFS153K sustituir a un HC-SF153K en una máquina que ejecuta un amplificador MR-J2-200 de primera generación?

No. El codificador de 17 bits del HC-SFS153K es incompatible con el amplificador MR-J2-200 de primera generación. Solo el HC-SF153K (eje con chaveta, codificador de 14 bits) es compatible con el hardware MR-J2-200 original. Si la máquina ya se ha actualizado a un amplificador MR-J2S-200, el HC-SFS153K es un reemplazo directo mecánicamente, y la mayor resolución del codificador es un beneficio automático.

P4: ¿Dónde está la batería de respaldo del codificador absoluto?

La batería — pila de litio Mitsubishi A6BAT — está dentro del servodrive MR-J2S-200, no en el motor. Mantiene el contador absoluto multivuelta durante los períodos de apagado. Reemplácela ante la primera alarma de batería baja del amplificador. No la posponga: una batería completamente agotada restablece el contador multivuelta, lo que requiere un ciclo de retorno a referencia en el próximo arranque antes de que el eje pueda volver a la producción. En máquinas de alta disponibilidad, la alarma de batería baja debe tratarse como una tarea de mantenimiento inmediata.

P5: El HC-SFS153K está descontinuado. ¿Cuáles son las opciones de abastecimiento y actualización?

El HC-SFS153K sigue disponible como stock sobrante y unidades reacondicionadas probadas a través de especialistas en componentes de servomotores Mitsubishi, lo que lo convierte en una opción práctica para mantener las máquinas existentes de la plataforma J2-Super. Para nuevos diseños de máquinas o actualizaciones completas de plataforma, el equivalente de la generación actual proviene de las series HG-KR o HF-KP con amplificadores MR-J4 o MR-JE — pero tanto el motor como el amplificador deben reemplazarse juntos, ya que el protocolo del codificador es incompatible. Para máquinas con muchas unidades HC-SFS153K donde los amplificadores aún funcionan, mantener la plataforma J2-Super existente a través de la adquisición de motores sobrantes suele ser más rentable que una actualización completa del sistema de accionamiento.