FANUC控制电机.doc

.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i、i系列;它们是在FANUC的、系列的控制电机基础上开发的。i、i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(HighResponseVector)(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: iS 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i、i系列i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iS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。i、i 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。 i S系列交流伺服电机的输出额定功率可以从0.75kW60 kW;堵转转矩从2Nm500 Nm。iS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(HV)iS;其输出额定功率可以从0.75kW250kW;堵转转矩从2Nm3000Nm。iS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;iS系列交流伺服电机的输出额定功率可以从0.5kW2.5kW;堵转转矩从0.16Nm20 Nm。 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i、i系列交流主轴电机 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， 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，i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3m。由于对冷却风扇和冷却通道进行最佳设计，与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i其输出额定功率可以从0.55kW45kW。交流主轴电机i系列包括交流感应式主轴电机iI系列、宽范围恒功率主轴电机iP系列(其输出额定功率可以从3.7kW22kW)、中央冷却感应式主轴电机iIT系列(其输出额定功率可以从1.5kW22kW)、液体冷却感应式主轴电机iIL系列(其输出额定功率可以从11kW26kW)。交流主轴电机i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。i系列主要为交流感应主轴电机iI系列(其输出额定功率可以从3kW12kW)。3、 伺服放大器i、i系列伺服放大器i、i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。i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 i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0.01m、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300N17000N。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85Nm3000Nm。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iA、iA系列FANUC伺服控制用的脉冲编码器iA为绝对型编码器;iI为增量型编码器。iA、iA系列具有以下特点:高分辨率FANUC脉冲编码器iA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iA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iM 和iMZ 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iBZ和iCZ。iBZ的分辨率为360,000/rev;iCZ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1m;可以对机床以1nm(1nm =1/1000m)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。.i系列交流伺服电机采用稀土金属和铁氧体两种磁性材料，i 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iS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%。iF系列的交流伺服电机采用“铁氧体”磁性材料，其成本比iS系列采用的铷-铁-硼稀土磁性材料成本要低一些，但不论是iS还是iF系列的交流伺服电机均为高性能