FANUC控制电机

FANUC的控制电机

与FANUC数控系统配套的控制电机，包括伺服电机、主轴电机、放大器和编码器，全是FANUC自己开发和制造的.由于这些电机是作为运动控制、特别是轮廓控制的执行对象,因此,具有以下特点:高速度;高精度;高效率；体积小；工作可靠等。非常适合高精、高速和紧湊型的数控机床.最新的FANUC控制电机为α i、βi系列;它们是在FANUC的α、β系列的控制电机基础上开发的。α i、βi系列控制电机的控制是基于现代控制理论的基础上开发的,主要的核心是高速、快响应的HRV控制（High Response Vector）（ 高响应矢量控制）和纳米控制功能。

目前，FANUC控制电机主要品种如表1所示：

表1 FANUC控制电机

对于FANUC控制电机系列可写为:

伺服电机: αiS 8/4000 HV（例）;其意义为: 系列名称 额定堵转转矩/最高转速；

主轴电机： 系列名称 额定输出功率/最高转速;

伺服放大器：最大电流(L相)/最大电流（M相)（伺服放大器）；

主轴放大器:额定输出功率(主轴放大器，共用电源）。

对于采用三相高压400V电源,加HV表示，如上例。

FANUC的编码器与电机安装一起、或者可单独用作分离编码器的种类如表2： 表2 FANUC控制用编码器种类

1、

交流伺服电机αi、βi系列

αi系列交流伺服电机采用稀土金属和铁氧体两种磁性材料;其中的αiS系列的交流伺服电机采用最新的稀土磁性材料：钕-铁—-硼，这种铁磁材料具有高的磁能积，磁路经过有限元分析以达到最佳设计。转子采用所谓的IPM结构，即把磁铁嵌在转子的磁轭里面；与以前的α系列比较，其速度和出力增加了30％，或者说，同样的出力，同样的法兰尺寸,电机的长短缩小了20％.转子的结构不但具有力学的特征，如鲁棒性、高度平衡及适宜于高速运转等，另外由于减小电机的电枢反应,优化了磁路的磁饱和，于是减小了电机的尺寸，适应了高速、高加速的要求。

αi、βi 系列的交流伺服电机的技术规格符合“IEC60034 旋转电机”有关“额定值和性能”、“防护等级”、“安装方法\"、“热防护”及“接地等”国际标准.其防护等级为IP65。α i S系列交流伺服电机的输出额定功率可以从0.75kW~60 kW；堵转转矩从2Nm～500 Nm。αiS系列交流伺服电机带脉冲编码器的分辨率为： 1000,000/rev或16，000，000/rev。

直接连接三相交流400V的交流伺服电机为α（HV）iS;其输出额定功率可以从0。75kW~250kW;堵转转矩从2Nm~3000Nm。

βiS系列交流伺服电机主要适合于高性能价格比的小型数控机床；βiS系列交流伺服电机的输出额定功率可以从0。5kW~2.5kW;堵转转矩从0.16Nm～20 Nm。β iS系列交流伺服电机带脉冲编码器的分辨率为:

65，536/rev或131，072/rev。

2、 交流主轴电机αi、βi系列

交流主轴电机α i 系列具有以下特点：

高速度

由于机械部分采用了新工艺的部件，比如高刚性、高精度的轴承；转子由高密度铝铸成；与旧的α系列主轴电机相比，最大速度增加了20％。

高输出

为了增加输出性能，α i 主轴电机通过绕组转换，采用改变极对数的方法变速，大大改善了高速档的输出;其恒功率的输出可以从原来α系列的 1:5 加宽到1:8;这样也提高了机床的切削功率。电机的加减速度时间也减小了。

低的振动和小的温升

由于高精度的动平衡和转子制造技术,使得振动小，αi系列的主轴电机振动等级为V3,它表明，其振动的双峰值小于3μm.由于对冷却风扇和冷却通道进行最佳设计,与α系列的主轴电机相比较，电机的温升降低了6%~8%。这样对机床的温升也减小了，可以使机床长时间保持高精度。交流主轴电机αi其输出额定功率可以从0.55kW~45kW.

交流主轴电机αi系列包括交流感应式主轴电机αiI系列、宽范围恒功率主轴电机αiP系列(其输出额定功率可以从3。7kW~22kW）、中央冷却感应式主轴电机αiIT系列(其输出额定功率可以从1.5kW～22kW)、液体冷却感应式主轴电机αiIL系列(其输出额定功率可以从11kW～26kW)。

交流主轴电机βi系列是具有高可靠性、高性能价格比的主轴电机，主要适用于小型的数控机床。βi系列主要为交流感应主轴电机βiI系列（其输出额定功率可以从3kW～12kW).

3、 伺服放大器αi、βi系列

伺服放大器αi、βi系列具有模块结构；结构简单、省空间、少发热，是节能型放大器.包含伺服放大器模块、主轴放大器模块和电源模块.αi伺服放大器的所有模块，均采用低损耗的智能功率电子器件IPM，智能模块和高效能的散热器减小了伺服放大器散热片的大小；也减小了安装伺服放大器的电气柜的大小。另外，由于开发了大容量的连接器，用于电机的电源和动力电缆连接，作为模块与模块间的接口，大大提高了连接到强电柜的效率。

用于放大器的冷却风扇电机具有有限的寿命,是易耗品，在设计时，考虑了它们的结构，使它们在出现故障时容易代换;同时，放大器也设计得使它们正常运行时工作在它们

允许的技术数据范围内，并使这些数据在CNC的显示屏上显示，以便监控。

伺服放大器模块 αi系列是一个高性能的逆变器模块.高精度的电流检测采用最新的光电检测技术，使噪音的影响最小，以保证伺服电机进给的精度。主轴的放大器模块也是一个高性能的逆变器;它的控制采用最新的数字信号处理器DSP，由于电流控制周期的减小，增加了电流和速度的分辨率;可以改善增益和伺服刚度，在位置控制时(CS控制）可以减小刀具轨迹误差。

内装电机

内装电机是指电机与机床一体，电机按装在机床内部的结构。FANUC的内装电机包括直线伺服电机LiS系列、同步内装伺服电机DiS系列、内装主轴电机Bi 系列。

FANUC直线伺服电机LiS系列在机械结构中不带易变形元件如滚珠丝杆，不带摩损件，是可以直线移动的电机;其伺服系统具有高刚度，因而可以实现高增益；得到高精度；其机构很少需要维修,最大速度可达4m/s;并且最大加速度超过30G，对旋转电机，这是很难实现的。嵌入到发热线圈绕组的冷却管把热量有效地带走；这个冷却机构最小限度地把热量从电机传递到机床,因而也提高了精度。反馈测量用直线传感器，可实现分辨率为0.01μm、高速达到4m/s的运行.FANUC直线伺服电机L iS系列的最大推力范围为300N~17000N。

FANUC的同步内装伺服电机DiS系列:FANUC的同步内装伺服电机DiS系列是大转矩、旋转平滑的内装式伺服电机;由于具有强力的稀土磁体，使电机具有较大的转矩;考虑最佳设计磁路，大大降低了转矩的脉动。在无载时，最大的角加速度超过100,000deg/s2；标准的模块可以应用200V和400V两种输入电压。具有较高的定位精

度;这种电机非常适合于控制数控机床的旋转工作台和控制5轴机床的附加轴.FANUC同步内装伺服电机DiS系列的最大转矩范为85Nm～3000Nm。

FANUC内装主轴电机Bi系列有两种型号：感应式内装主轴电机BiI系列和同步式内装主轴电机BiS系列。感应式内装主轴电机BiI系列适用于主轴结构简单的高速、高精和低振动的机床;也适合于从低速、大转矩到高速大出力的速度范围的变化;结构上由于缩短转子长度、扩大转子孔腔,增加了主轴的刚度；设计采用了IEC60034—1旋转电机的国际标准，因而容易获得CE认证。同步式内装主轴电机BiS 系列采用具有强力的稀土磁体,使电机具有较大的转矩；磁路进行最佳设计,大大降低了转矩的脉动;具有低速大转矩、速度稳的特点，特别适合车床和齿轮机床的主轴传动。

4、 FANUC的编码器αiA、βiA系列

FANUC伺服控制用的脉冲编码器αiA为绝对型编码器；αiI为增量型编码器.αiA、βiA系列具有以下特点：

高分辨率

FANUC脉冲编码器αiA标准的分辨率为1,000，000/rev;也可以选择 为：16,000，000/rev;由于采用了高分辨率的脉冲编码器，伺服电机运转非常平滑。采用16，000,000/rev的脉冲编码器,控制系统可以实现纳米插补的功能。

低的耗损电流

αiA绝对脉冲编码器通过备用电池连续检测绝对位置,甚至在外电源切断的情况下也如

此。由于开发了新的电路和元件,使备用电池耗电减小，寿命加长，由于耗损减少，电源线截面减小，电路可在低压运转，提高了可靠性。

小型、紧凑 良好的维修性

主轴电机编码器： 主轴电机编码器为αiM 和αiMZ 其分辨率为4，096/rev；它们用作电机的速度反馈。用于CS轴位置控制的编码器为αiBZ和αiCZ.αiBZ的分辨率为360,000/rev；

αiCZ的分辨率为3，600，000/rev。带“Z”的有一转信号输出，不带“Z”的没有一转信号输出。

HRV控制

HRV的意义为高响应矢量控制；这是FANUC开发的控制数控机床电机的控制软件。

伺服电机的HRV控制

数控机床从CNC输出指令，要求伺服系统对这个指令能“高速\"和“高精”响应;另外，要求系统对诸如摩擦转矩、切削转矩等扰动具有鲁棒性。FANUC的HRV控制具有这两种功能.采用最新的DSP元件、前馈控制等控制技术使伺服系统具有快速响应能力;在系统中加有数字滤波器抑制产生共振;并且可以自动地跟踪共振频率的变化并抑制它；通过电流环的快速响应，可增大速度环的增益,进而增大位置环的增益，并大大提高机床的精度。

主轴电机的HRV控制

主轴HRV控制是高速、高精、高效驱动机床主轴的软件。为改善响应速度，该软件缩短了控制周期；对于同步系统，缩短主轴位置控制周期可以明显地提高定位精度;特别在刚性攻丝和CS轴位置控制的运行中。主轴的HRV控制也增加了主轴和CNC间通信能力,使得主轴的各种信息,如电流值、速度偏移、电机温度和主轴状态等传递给CNC，增加了系统的监控能力。

AI 纳米控制

AI纳米控制是指 FANUC i 系列的CNC系统，即使输入到CNC的程序指令分辨率为1μm；可以对机床以1nm(1nm =1/1000μm)为单位的指令进行计算,以上所说的伺服的HRV控制是AI纳米控制的核心.AI纳米控制除了以纳米为单位的指令，还需要满足下列的要求：

伺服电机具有低的齿槽转矩；

脉冲编码器具有16，000，000/rev的分辨率;

伺服放大器可以在高信噪比的情况下检测出电流;

具有高速、快响应的伺服HRV控制。

AI纳米控制由伺服电机可以在低速度下非常平滑进给；同时也可以支持高精和高速

。

αi系列交流伺服电机采用稀土金属和铁氧体两种磁性材料,αi 系列是一种高速、高精度、高效率的智能化伺服系统，它可促进机床的高速、高精度和紧凑设计，属于高级产品。

其中的αiS系列交流伺服电机采用最新的稀土磁性材料：铷-铁-硼，这种铁磁材料具有高的磁能积，磁路经过有限元分析以达到最佳设计。转子采用所谓的IPM结构，即把磁铁钳在转子的磁轭里面，与之前的α系列比较，其速度和出力增加了30％,或者说，同样的出力,同样的法兰尺寸，电机的长度缩短了20%。αiF系列的交流伺服电机采用“铁氧体”磁性材料，其成本比αiS系列采用的铷-铁—硼稀土磁性材料成本要低一些，但不论是αiS还是αiF系列的交流伺服电机均为高性能的交流同步电机.

βi系列交流伺服电机同样具有模块结构，结构简单，省空间,少发热，同样是节能型放大器。是一种可靠性强、性价比卓越的伺服系统，属于低端经济型产品。主要适合于高性能价格比的小型数控机床。

但是由于电机磁性材料采用经济型的稀土磁性材料,所以属于经济型电机，主要配置于FANUC mate系列的数控系统上,如0i—mate MC/TC的数控系统中，并且伺服电机一般不超过22Nm。其中βi系列交流伺服电机及驱动也适于PMC轴的控制，用于刀库、齿牙盘转台，机械手的定位控制。