Mitsubishi HC-SF502BK (HCSF502BK) — Motor servo AC de 5kW, eje con chaveta + freno, serie MELSERVO J2

Identificación del producto

Número de pieza: HC-SF502BK

También buscado como: HCSF502BK, HC-SF-502BK

Serie: Mitsubishi MELSERVO HC-SF (Generación J2)

Tipo de motor: Servomotor AC sin escobillas — Eje con chaveta y freno electromagnético, 2000 rpm

Condición: Nuevo en caja, sellado de fábrica

Descripción general

La Mitsubishi HC-SF502BK es un servomotor AC sin escobillas de inercia media y 5 kW de la plataforma MELSERVO J2 original, que presenta las dos características que definen su variante: una ranura de chaveta mecanizada en el eje de transmisión y un freno electromagnético de resorte. Con 23,9 Nm continuos y 71,6 Nm de pico, ofrece la capacidad de salida que requieren los ejes de máquinas herramienta pesadas y las unidades de automatización de alta carga, mientras que el freno garantiza que esa capacidad venga acompañada de la retención mecánica a prueba de fallos que las aplicaciones exigentes no pueden pasar por alto.

Esta combinación específica —eje con chaveta más freno a 5 kW— aparece en una categoría reconocible de ejes. Columnas Z de grandes máquinas CNC que soportan conjuntos de husillo pesados que necesitan una interfaz de acoplamiento positiva y una retención mecánica contra la gravedad. Unidades de mesa giratoria con cubos de engranajes con chaveta que deben mantener la posición de índice en condiciones de desconexión. Mecanismos de transferencia y desplazamiento donde el acoplamiento del lado del motor requiere una ranura de chaveta y el eje cargado no puede depender únicamente del bloqueo del servo entre ciclos. El HC-SF502BK está diseñado específicamente para esta intersección de requisitos.

Como motor de generación J2, el HC-SF502BK lleva el codificador absoluto serial de 14 bits con 16.384 posiciones por revolución y mantiene la compatibilidad total tanto con la familia de amplificadores MR-J2-500 original como con la plataforma posterior MR-J2S-500. Esa compatibilidad con amplificadores de doble generación es uno de los aspectos más útiles en la práctica de la serie HC-SF: las máquinas que ejecutan hardware MR-J2 de primera generación pueden aceptar este motor sin ningún cambio de amplificador, lo que lo convierte en el objetivo de abastecimiento limpio para una gran base instalada de máquinas herramienta de la era J2.

Especificaciones técnicas

5kW, 23,9 Nm: Dónde se especifica este motor

Cinco kilovatios a 2.000 rpm se sitúan en una parte exigente del rango de capacidad de los servomotores: por encima de los ejes de rango medio que manejan los motores de 2 kW y 3,5 kW, por debajo de la mayor capacidad estándar de 7 kW. El HC-SF502BK es el motor que se especifica cuando una unidad de 3,5 kW alcanza su límite de par en condiciones de producción y una unidad de 7 kW sería sobredimensionada y más difícil de justificar en cuanto a espacio en el panel y capacidad de la fuente de alimentación.

La clasificación de par continuo de 23,9 Nm es lo que el motor puede mantener indefinidamente dentro de sus límites térmicos. Avances de mesa de VMC pesadas que mueven piezas de trabajo grandes a velocidades de corte sostenidas, unidades de desplazamiento de palets HMC que ciclan repetidamente bajo el peso del palet cargado, ejes de mesa giratoria grandes que contornean programas de mecanizado multifacético: estas son las condiciones de operación donde la cifra de par continuo determina si el motor funciona dentro de su presupuesto térmico o se acerca a la sobrecarga durante un turno de producción.

El pico de 71,6 Nm —tres veces el continuo— es el recurso del amplificador para la aceleración. Mover una carga grande y de alta inercia desde el reposo hasta la velocidad de avance rápido requiere un impulso de par considerablemente superior a la cifra continua. La clasificación de pico define el límite superior de ese impulso; el ciclo de trabajo determina con qué frecuencia el motor puede usarlo sin acercarse a sus límites térmicos. Una aplicación de eje bien adaptada utiliza la capacidad de pico durante las fases de aceleración y vuelve a estar muy por debajo de la clasificación continua durante la parte de corte o transferencia de cada ciclo.

La demanda de la instalación eléctrica de 7,5 kVA rige el diseño del suministro eléctrico, el cableado del panel y el manejo de la energía regenerativa. Con una corriente nominal de 25 A, el dimensionamiento de los cables, la protección contra fusibles y la selección de contactores deben ser apropiados para este nivel de corriente. La regeneración de cargas de alta inercia en desaceleración —un palet cargado que desacelera a alta velocidad de desplazamiento, una columna Z pesada que se detiene desde el avance rápido— devuelve energía al bus DC del amplificador. El amplificador MR-J2 o MR-J2S-500 maneja esto, pero la capacidad de la resistencia regenerativa debe confirmarse para ejes con eventos de desaceleración de alta energía frecuentes.

Eje con chaveta a 5 kW: Ingeniería de la conexión

Veintitrés coma nueve Newton-metros de par nominal continuo es una carga sustancial para que una interfaz de acoplamiento eje-cubo maneje de manera confiable durante años de servicio de producción. Setenta y uno coma seis Newton-metros de pico es el objetivo de diseño real: esto es lo que el acoplamiento debe transmitir sin deslizamiento bajo la peor condición operativa que encontrará el eje: un desplazamiento de máxima aceleración seguido inmediatamente por una inversión brusca, una desaceleración rápida desde el avance rápido completo o un choque de carga repentino de un corte interrumpido.

En un eje recto liso a esta capacidad, el cubo de acoplamiento de sujeción por fricción debe dimensionarse e instalarse con una fuerza de sujeción significativa para garantizar que no haya deslizamiento a 71,6 Nm. El margen es manejable pero no generoso, y depende del par de instalación constante, superficies de eje limpias y una tolerancia del orificio del cubo que logre la interferencia especificada. Cualquier desviación —un orificio ligeramente sobredimensionado, superficie del eje contaminada, sujetadores de sujeción con par insuficiente— reduce el margen, y en un eje de 5 kW con una carga pesada, un evento de deslizamiento significa pérdida de posición en una pieza significativa de maquinaria.

La ranura de chaveta en el HC-SF502BK elimina esa dependencia. La ruta de par pasa a través de la sección transversal de cizallamiento de la chaveta, no a través de la fricción superficial. Bajo las cargas cíclicas, inversas y de choque que caracterizan la operación de máquinas herramienta de producción, una conexión con chaveta correctamente ajustada no desarrolla microdeslizamiento. La sujeción del acoplamiento aún contribuye a la retención axial y la rigidez general de la unión, pero la transmisión de par está garantizada mecánicamente por la chaveta.

La ranura de chaveta sirve a diseños del lado accionado que la requieren específicamente. Cubos de engranajes en unidades de mesa giratoria con engranaje helicoidal, poleas de correa dentada en ejes de husillo de bolas grandes, transmisiones por cadena de rodillos en cadenas de transferencia de palets y cubos de acoplamiento de precisión en mecanismos acoplados directamente: todos estos requieren o se benefician de un eje con chaveta. Si el cubo del lado accionado tiene una ranura de chaveta mecanizada, el eje del motor también la necesita, y el HC-SF502BK es la especificación.

Guía de instalación: utilice el orificio roscado del extremo del eje para introducir el cubo del acoplamiento axialmente en el eje utilizando un tirafondo y una arandela en lugar de presionar o golpear. A este tamaño de bastidor, cualquier impacto axial durante la instalación se transmite a través del eje al disco del codificador y al conjunto del rodamiento en la parte trasera del motor. El daño resultante puede no causar una falla inmediata; a menudo aparece semanas o meses después como errores intermitentes del codificador que son extremadamente difíciles de rastrear hasta la instalación. El método del tirafondo tarda treinta segundos más que un mazo. Siempre vale la pena el tiempo.

Freno electromagnético: Retención a prueba de fallos a 5 kW

El freno de resorte en el HC-SF502BK es un dispositivo a prueba de fallos. El resorte se activa cuando se retira la alimentación de 24V DC: el eje se bloquea mecánicamente, independientemente del estado del amplificador, la alimentación de control o cualquier condición de software. Esta característica es lo que lo hace genuinamente a prueba de fallos en lugar de simplemente retenido eléctricamente: el estado predeterminado es bloqueado.

A 5 kW, las consecuencias de carga de un eje sin freno que pierde el control del servo escalan en consecuencia. Un servomotor de 5 kW que acciona una columna Z de VMC grande soporta todo el peso del cabezal del husillo de la máquina, potencialmente varios cientos de kilogramos de acero posicionados sobre la pieza de trabajo y la fijación. Cuando el amplificador falla, la corriente del servo cae a cero en milisegundos. En un motor frenado, el resorte se activa y la columna se mantiene. En un motor sin freno, la columna sigue la gravedad hasta que el freno dinámico del amplificador o la fricción mecánica la detienen, y la distancia que recorre antes de detenerse no es despreciable.

El freno también es relevante durante las paradas planificadas de la máquina. Las máquinas CNC modernas ciclan a través de muchas más paradas planificadas por turno que eventos de emergencia: cambios de herramienta, pausas de programa, paradas al final del turno. En cada una de ellas, el eje Z se estaciona a una altura conocida. El freno lo mantiene allí sin corriente de servo, sin consumir energía del amplificador y sin ningún riesgo de que la columna se desplace si el bucle del servo se relaja o si ocurre una falla del amplificador durante la parada.

Tres requisitos de instalación que se aplican específicamente a este nivel de capacidad:

Utilice la salida MBR (interbloqueo del freno electromagnético) del amplificador MR-J2 o MR-J2S para controlar el relé del freno. La señal MBR sincroniza la activación del freno para que ocurra solo después de que el amplificador haya desacelerado el motor hasta detenerse por completo. A 5 kW, la activación del resorte contra un eje en rotación genera una carga de choque significativa, del tipo que daña rápidamente las superficies de fricción del freno y acorta su vida útil de años a semanas en casos graves.

Instale un absorbente de sobretensión directamente en los terminales de la bobina del freno. La bobina es una carga inductiva; al apagar 24V DC sin supresión se genera un pico de voltaje que puede dañar la salida del relé u otros componentes del circuito del freno. El absorbente debe colocarse en la bobina, no en el relé; la distancia a lo largo del cable reduce su efectividad.

Para ejes verticales, la guía publicada por Mitsubishi sitúa el par desequilibrado estático máximo recomendado en el 70% o menos del par nominal del motor, aproximadamente 16,7 Nm en el eje del motor para el HC-SF502BK. Los ejes con un mayor desequilibrio gravitacional deben incluir contrapesos suplementarios, como un cilindro de balance neumático, en lugar de depender únicamente del par del servo y el freno.

Codificador de generación J2 y compatibilidad con amplificadores

El HC-SF502BK utiliza el codificador absoluto serial de 14 bits con 16.384 ppr de la plataforma J2 original. El diseño absoluto serial transmite una palabra de posición digital al amplificador en cada intervalo de muestreo y mantiene un contador absoluto multivuelta a través de la desconexión de la alimentación mediante una batería de respaldo. Sin conteo incremental, sin retorno de referencia requerido y sin incertidumbre de posición después de eventos de alimentación, siempre que la batería esté en buen estado.

La batería de litio A6BAT se encuentra en el amplificador servo, no en el cuerpo del motor. Se reemplaza en el amplificador como parte del mantenimiento planificado, independientemente de cualquier trabajo en el motor. La alarma de batería del amplificador se activa cuando el voltaje de la celda cae por debajo del umbral seguro; reemplazar la A6BAT antes de la descarga completa preserva los datos de posición absoluta. Una batería agotada significa que el contador absoluto se reinicia y la máquina requiere un ciclo de retorno de referencia antes de que se reanude la producción.

La compatibilidad con amplificadores es la fortaleza práctica de la generación J2 para máquinas en servicio. El codificador HC-SF de 14 bits es legible por ambas generaciones de amplificadores servo Mitsubishi de clase 500:

• MR-J2-500A / MR-J2-500B — Amplificadores originales de generación J2. Compatibilidad total, sin restricciones.
• MR-J2S-500A / MR-J2S-500B / MR-J2S-500CP — Amplificadores J2-Super, totalmente compatibles con versiones anteriores con el codificador J2.

El HC-SFS502BK posterior con codificador de 17 bits funciona exclusivamente con amplificadores MR-J2S-500. Para la gran base instalada de máquinas que ejecutan hardware MR-J2-500 original, el HC-SF502BK es la única opción de repuesto correcta; el HC-SFS502BK generará un error de codificador sin una actualización del amplificador.

HC-SF502BK vs HC-SFS502BK: La decisión de reemplazo

El rendimiento de salida es idéntico. El montaje es idéntico. La generación del codificador y el requisito resultante del amplificador son la única diferencia operativa. Verifique el modelo del amplificador antes de comprar: MR-J2-500 (sin S) significa HC-SF502BK; MR-J2S-500 significa que ambos motores funcionan, y el HC-SFS502BK ofrece una mayor resolución del codificador donde la aplicación pueda utilizarla.

Rango HC-SF 2000 rpm — Dónde se sitúa 5 kW

El HC-SF502BK comparte la brida de 176 × 176 mm con todos los motores de 2 kW a 7 kW en el rango de 2000 rpm de la serie HC-SF. Las combinaciones de sufijos siguen un patrón consistente en toda la familia: sin sufijo = eje recto, sin freno; B = eje recto con freno; K = eje con chaveta, sin freno; BK = eje con chaveta y freno. El HC-SF502BK es la variante con chaveta y freno a 5 kW.

Aplicaciones típicas

Eje Z de VMC en centros de mecanizado verticales grandes. La columna Z que soporta un cabezal de husillo de tamaño completo es la aplicación que hace que la especificación del sufijo BK sea casi automática. La columna está cargada por gravedad; el motor necesita una retención mecánica cuando el servo está apagado; y la interfaz de acoplamiento al husillo de bolas suele ser un acoplamiento rígido con un orificio con chaveta que requiere un eje de motor con chaveta. El HC-SF502BK cubre los tres requisitos de forma limpia.

Eje W de HMC y unidades de taladro profundo. El recorrido del eje W de los centros de mecanizado horizontal y los ejes de extensión del taladro mueven conjuntos de husillo y herramientas pesados. A 5 kW con 23,9 Nm continuos, el HC-SF502BK maneja la fuerza de avance sostenida de operaciones de mandrinado de gran diámetro, y el freno mantiene el taladro en posición durante los cambios de herramienta y las paradas de la máquina.

Unidades de indexación de mesa giratoria grandes. Los ejes de indexación de mesa giratoria en centros de mecanizado y líneas de transferencia utilizan entradas servo accionadas por engranajes donde el cubo del engranaje del lado del motor está con chaveta al eje. La posición de índice debe mantenerse mecánicamente entre cortes —el freno proporciona esa retención en cada estación— y el codificador absoluto confirma la posición angular exacta en cada reinicio sin un ciclo de retorno de referencia.

Sistemas de desplazamiento y transferencia de palets en HMC. Los cambiadores de palets en centros de mecanizado horizontales de tamaño mediano a grande transfieren palets de varios cientos de kilogramos. El ciclo de arranque-parada repetido en condiciones de carga se adapta a la clasificación de par continuo del HC-SF502BK, el eje con chaveta maneja el diseño de transmisión de acoplamiento positivo típico de los mecanismos de desplazamiento de palets, y el freno asegura el palet en cada estación contra cualquier movimiento durante el apriete y el mecanizado.

Ejes de alimentación de prensa y manipulación de materiales accionados por servo. Las unidades de alimentación de bobina en prensas mecánicas y los ejes de manipulación de materiales controlados por servo con componentes de movimiento vertical o inclinado combinan la necesidad de un par sustancial, acoplamiento de eje positivo y retención mecánica confiable entre las carreras de alimentación. El HC-SF502BK aborda los tres en un paquete compatible con J2 que requiere el hardware del amplificador de la máquina original.

Nuevo en caja, sellado de fábrica

Sellado de fábrica significa embalaje original Mitsubishi: cartón exterior intacto, cuna de espuma interior sin perturbar, todas las cubiertas protectoras en su lugar. La ranura de chaveta y la chaveta del eje están protegidas por la tapa del extremo del eje; los puertos del codificador y del conector de alimentación permanecen cubiertos; el sello de aceite IP65 está en condiciones de fabricación. Sin instalación previa, sin historial térmico, sin desgaste mecánico.

Para una máquina de producción parada esperando este motor, el stock nuevo en caja elimina el tiempo de reparación de la ruta de recuperación por completo. Para el inventario de repuestos de mantenimiento planificado —especialmente en operaciones multimaquina donde esta capacidad y configuración aparece en varios ejes— el stock sellado de fábrica proporciona unidades de condición conocida que se pueden poner en servicio directamente.

Con el peso típico de esta clase de bastidor con conjunto de freno, el HC-SF502BK se envía en un embalaje robusto adecuado a su masa. Almacenado en condiciones de temperatura estable y baja humedad, lejos de vibraciones, el stock sellado de fábrica mantiene la especificación completa durante varios años. Después de cinco años, una rotación lenta del eje como parte de la inspección previa a la puesta en servicio redistribuye la grasa del rodamiento antes de la primera activación.

Preguntas frecuentes

P1: ¿Qué amplificadores son compatibles con el HC-SF502BK?

El HC-SF502BK es compatible con amplificadores de generación J2 y J2-Super (J2S) de clase 500. Los modelos compatibles confirmados son MR-J2-500A y MR-J2-500B (generación J2 original), y MR-J2S-500A, MR-J2S-500B y MR-J2S-500CP (generación J2-Super). El codificador J2 de 14 bits es completamente legible por ambas plataformas de amplificadores. El HC-SF502BK no es compatible con los amplificadores MR-J3 o MR-J4.

P2: ¿Cuál es la diferencia entre el HC-SF502BK y el HC-SFS502BK?

Ambos motores entregan 23,9 Nm continuos y 71,6 Nm de pico en una brida de 176 × 176 mm con eje con chaveta y freno electromagnético, intercambiables físicamente en el montaje. La distinción es el codificador: el HC-SF502BK utiliza un codificador de 14 bits (16.384 ppr) y funciona con amplificadores MR-J2 y MR-J2S. El HC-SFS502BK utiliza un codificador de 17 bits (131.072 ppr) y solo requiere amplificadores MR-J2S. Si la máquina ejecuta actualmente amplificadores MR-J2-500, el HC-SF502BK es la única opción de abastecimiento correcta. Si se instalan amplificadores MR-J2S-500, ambos motores son compatibles.

P3: ¿Cómo funciona el freno electromagnético y cuál es la práctica de cableado correcta?

El freno es de resorte y a prueba de fallos: 24V DC mantiene el disco de freno separado, permitiendo la rotación libre del eje. Retire los 24V y el resorte bloquea inmediatamente el eje. Es un dispositivo de retención únicamente — debe activarse solo después de que el amplificador haya detenido el motor. Utilice siempre la salida MBR (interbloqueo del freno) del amplificador MR-J2 o MR-J2S para controlar el relé del freno, sincronizando la activación para que ocurra después de que la desaceleración del motor se complete. Instale un absorbente de sobretensión en los terminales de la bobina del freno para proteger contra picos de voltaje inductivos al apagar.

P4: ¿Dónde está la batería del codificador absoluto y cuándo debe reemplazarse?

La batería de litio Mitsubishi A6BAT que respalda el codificador absoluto de 14 bits está instalada dentro del amplificador servo, no en el motor. Conserva el contador de posición absoluto multivuelta a través de cualquier interrupción de energía, eliminando los ciclos de referenciación al reiniciar. Reemplace la A6BAT cuando el amplificador muestre su alarma de batería baja. No espere a la descarga completa: una A6BAT completamente descargada provoca el reinicio del contador de posición absoluto, lo que requiere un ciclo de retorno de referencia antes de que la máquina pueda reanudar la producción.

P5: ¿Cuál es el procedimiento correcto para colocar un cubo de acoplamiento en el eje con chaveta?

Utilice el orificio roscado en el extremo del eje para introducir el cubo axialmente en el eje: un tirafondo, una arandela y una tuerca contra la cara del cubo aplican una fuerza axial que asienta el cubo limpiamente sin impacto. No golpee ni presione el cubo en el eje. A este tamaño de motor, las cargas de impacto durante el montaje del cubo se transmiten a través del eje al conjunto del codificador en la parte trasera del motor, causando daños que pueden no producir una falla inmediata pero pueden resultar en errores intermitentes del codificador bajo vibración. El método del tirafondo tarda un poco más pero protege el codificador de manera confiable.