内装主轴电机应用

1、2020年7月10日,FANUC内装主轴电机的应用,内装主轴电机概述 组成、特点、产品线 内装主轴电机的选型 电机、编码器的选择 内装主轴电机的安装 定子、转子安装步骤、注意事项 内装主轴电机的调试 系统连接、初始化、相关参数 应用案例,FANUC内装主轴电机概述,FANUC内装主轴电机概述,电机组成,定子单元 主要由：定子(Stator)、套筒(Outer jacket)、冷却套(Cooling jacket)组成 转子单元 主要由：转子(Rotor)、转子内套(stepped sleeve)、 编码器 主要是：BZi/CZi 编码器,FANUC内装主轴电机概述,编码器AB相环、Z相环,编码

2、器,动力电缆,过热电缆,编码器电缆,由FANUC 提供部件,转子,定子,平衡环,排泄孔,排泄孔,冷却液出口,冷却油入口,密封O型圈,利用简单的主轴结构使主轴可以实现高速、高精度并减小振动；,FANUC内装主轴电机概述,特点,通过切换速度范围，实现了低速大转矩和高速高功率的广域输出；,FANUC内装主轴电机概述,特点,低速线圈,高速线圈,通过缩短轴长度、增大转子内径提高主轴刚性；,FANUC内装主轴电机概述,特点,车床用主轴,小型加工机床,铣床主轴,复合机床倾斜的铣削 主轴头,总长缩短 转子内径增大 低速大扭矩,总长缩短 小型 / 高速,高速 / 高功率 总长缩短,高速旋转 总长缩短 旋转角度大

3、,BiI 160S/13000 BiI 170S/6000 BiI 200S/6000 BiI 200S/10000 BiI 200M/6000 BiI 200L/6000 BiI 250S/6000 BiI 250M/3000,BiI 112SS/20000 BiI 112S/20000 BiI 160M/20000,BiI 50M/25000 BiI 50L/25000 BiI 80S/20000 BiI 80M/15000,BiI 112S/20000 BiI 112L/20000 BiI 132M/14000 BiI 132L/25000 BiI 160L/20000 BiI 160L

4、L/20000,BiI 40S/70000 BiI 40M/70000 BiI 60S/50000 BiI 60SS/50000 BiI 80S/40000 BiI 100S/30000 BiI 100L/30000,冷却套+树脂模具（M型）优化了散热效果，可实现高转矩和高功率输出；,FANUC内装主轴电机概述,特点,普通型,定子模具,从定子铁芯传热的排热方式,直接排热的方式,支持IEC60034-1等多国国际标准使得CE规范更容易实现；,FANUC内装主轴电机概述,特点,电机= IP54,编码器 = IP54,FANUC内装主轴电机概述,最新标准型号,200V 普通型,FANUC内装主轴电机

5、概述,最新标准型号,200V TYPE-M 型,FANUC内装主轴电机概述,最新标准型号,400V 高压版,FANUC内装主轴电机的选型,FANUC内装主轴电机的选型,根据加工工艺要求，确定所需主轴电机的功率、转速及输出特性； 根据电机的安装尺寸进行电机转子、定子的选择； 选择合适的主轴编码器，可选购FANUC BZi/CZi编码器或第三方编码器； 部分电机，可选择自带定子冷却套筒的TYPE-M型；,选型要点,FANUC内装主轴电机的选型,需满足条件： 切削功率的要求； 主轴加减速时间所需功率需要小于主轴电机的最大输出功率； 主轴频繁启动、制动时，需要计算平均功率，该功率需要小于主轴电机的连续

6、额定输出功率； 在要求实现表面恒线速切削的机床上，切削功率与恒线速所需功率之和应小于电机最大输出功率；,主轴功率计算,FANUC内装主轴电机的选型,*车削加工中，主轴功率的计算：,主轴功率计算,1、每千瓦功率的切削能力，MRt通常可以选取20cm3/minkw； 2、Pm 为所需主轴电机的功率（kW）； 3、Ps 为主轴所需的功率（kW）； 4、 为传动效率； 5、Q 为切削能力； 6、d 为背吃刀量（mm）（加工表面与待加工表面之间的垂直距离）； 7、Fm 为进给速度（mm/min）； 8、Vc 切削速度（mm/min）.,说明：,FANUC内装主轴电机的选型,*铣削加工中，主轴功率的计算：

7、,主轴功率计算,1、每千瓦功率的切削能力：MRm通常可以选取20cm3 /minkW; 2、Pm、Ps、 同上； 3、Q 为切削能力； 4、d 为铣削深度（mm）； 5、W为铣削宽度（mm）； 6、Ft 为每齿进给量（mm）； 7、N 为铣刀的齿数； 8、ns 为主轴转速（r/min）.,说明：,FANUC内装主轴电机的选型,*钻削加工中，主轴功率的计算：,主轴功率计算,1、每千瓦功率的切削能力：MRd通常可以选取20cm3 /minkW; 2、Pm、Ps、 同上； 3、Q 为切削能力； 4、Dd钻头直径（mm）； 5、W为铣削宽度（mm）； 6、Fr 为每转进给量（mm/r）； 7、ns 为

8、主轴转速（r/min）.,说明：,FANUC内装主轴电机的选型,*主轴频繁起动、制动时功率计算：,主轴功率计算,1、P1、P4 为加减速时所需电机的功率（取决于电机的过载值）,P2 为空载时的功率（kW）,P3 为主轴切削时所需的功率（kW）； 2、Dt 为最短工作周期（s）； 3、t1 与t4 为加减速时间，t3 为切削时间，t2 为非切削时间，t1 至t4 为一个加工循环； 4、n 为切削时的电机实际转速； 5、nb 为基本转速； 6、PAV 取主轴电机连续额定功率。,说明：,FANUC内装主轴电机的选型,*恒定切削速度时功率计算：,主轴功率计算,1、每千瓦功率的切削能力：MRt通常可以选

9、取20cm3 /minkW。 2、d 为铣削深度（mm）； 3、Fr 为每转进给量（mm/r）； 4、vc 为切削速度；,说明：,FANUC内装主轴电机的选型,aiBZ编码器,标准主轴传感器 可以实现Cs 轴轮廓控制 高可靠性 精度 (0.010.04 deg)，分辨率 (360,000/rev),FANUC内装主轴电机的选型,aiBZ编码器,FANUC内装主轴电机的选型,aiCZ编码器,高精度主轴传感器 (2 4) 高分辨率 (3,600,000/rev) 可以实现Cs 轴轮廓控制 齿轮方式实现简单的装配和维护 最适合高精度复合车床或者齿轮加工机床,FANUC内装主轴电机的选型,aiCZ编码

10、器,FANUC内装主轴电机的安装,FANUC内装主轴电机的安装,主轴定子单元,标准型定子,冷却套,安装到主轴套筒,热装,主轴箱, O型圈,带冷却套的定子 （TYPE-M）,主轴箱, O型圈,定子安装流程,FANUC内装主轴电机的安装,将转子侧放来存放； 推荐使用橡胶垫； 避免受到冲击或过大的外力。,B型工装,A型工装,使用的工装,FANUC内装主轴电机的安装,主轴安装前后，要对绕组的阻抗和绝缘进行检测,热敏电阻，不要对其进行局部冷却,动力线弯曲不要超过其最小折弯半径,出厂前已对外表面进行磨削； 切勿再对定子进行任何加工，包括定位用的销钉孔等,注意事项,FANUC内装主轴电机的安装,1. 推荐使

11、用铸铁材料进行冷却套的加工; 2. 图中具体尺寸请参考说明书B-65292EN/05，PART I. 的内容; 3. 书中数据不包含定子热装所需的膨胀余量; 4. 书中数据仅供参考，若实际尺寸同推荐的有偏差，额定输出可能会有所不同;,*步骤一：冷却套的加工，根据选定的电机规格，制作对应配合冷却套。,FANUC内装主轴电机的安装,.,180mm以下,181mm240mm,241以上,定子外径,热装收缩量,0.010.02 mm,0.010.03mm,0.020.05mm,*步骤二：将冷却套进行加热（推荐使用电烤箱），并保证一定的收缩范围。,热膨胀值通过下面的公式计算: d = Di x T x

12、11x10-6 例) aB112L (定子直径.:180) d = 180 x 130 x 11x10-6 =0.28mm,FANUC内装主轴电机的安装,*步骤三：冷却套加热后，迅速将定子安装至冷却套内，冷却套尽量覆盖电机定子。,典型加热温度： 150度,倒角：15 30度,倒角：15 30 度,L1,L2,L1,L2大于线圈端长度,FANUC内装主轴电机的安装,步骤四：安装冷却套O型圈，为已安装冷却套的定子装入套筒准备； 注意要选择合适的O型圈，否则难以保证冷却液的密封。,a112SS/20000iB,FANUC内装主轴电机的安装,步骤五：将已安装冷却套的定子配合相应的O型圈后，装入主轴套筒

13、，然后进行密封测试，如果达到指标，定子单元安装完成.,顶销 (2-1012),FANUC内装主轴电机的安装,转子安装流程,转子,转子衬套,主轴转子单元,转子内壁加工（如有需要）,衬套的热装,主轴热装,衬套内壁磨削,动平衡调整,转子外表面加工,主轴杆,其他主轴部件,NOTE: 转子衬套非必须部件; 但是FANUC推荐使用转子衬套，以方便主轴维护时进行主轴杆的拆除。,FANUC内装主轴电机的安装,步骤一：转子内壁的加工，从FANUC购买内装电机的转子，其外圆和内圆圆度、挠度等满足不了转子安装的要求，需要首先对内圆加工，使其内壁达到安装转子内套的要求。,车床,挠度,圆度,=20um,=30um,内表

14、面要求：,卡具,FANUC内装主轴电机的安装,步骤二：根据选定的电机规格，制作相对应的转子衬套；衬套尺寸请参考说明书B-65292EN/05的推荐值。,1. 请使用磁性材料进行衬套的加工; 2. 材料硬度在HRV2528之间，推荐进行热处理.,FANUC内装主轴电机的安装,步骤三：将转子加热，热涨完成后迅速装入转子衬套；,树立转子的工装,加热不超过200 180 最佳,FANUC内装主轴电机的安装,步骤四：转子衬套热装完成后，对衬套内壁进行磨削，使其达到工艺要求。,长卡爪,冷却,内圆磨床,内圆磨床,磨削完成后，在烤箱中烘干,FANUC内装主轴电机的安装,步骤五：加热带有转子内套的转子，热涨完成

15、后，迅速装入主轴杆.对于高速型电机，主轴杆可能需要放入冷冻机内冷却。,加热不超过200 180 最佳,支撑转子的工装,树立主轴杆的工装,FANUC内装主轴电机的安装,步骤六：由于冷缩导致转子外圆精度变化，需要对转子外圆进行加工，保证粗糙度、圆度等。,车床,FANUC内装主轴电机的安装,步骤七：动平衡的调整，在转子两端加入平衡环，并在动平衡试验机上调整，使之满足动平衡的要求。,平衡环,FANUC内装主轴电机的安装,编码器的安装,O型圈,防水结构 示例,动力电缆,1. 编码器固定在动力线一端； 2. 利用合适的结构来进行编码器的防护，以避免冷却液和润滑油的浸透。,FANUC内装主轴电机的安装,注意

16、事项,干燥条件 主轴电机是一种电气原件，需要在干燥的环境下运行； 尽量避免同水、冷却液的接触； 使用O型圈、排泄孔及空气干燥器来保持干燥的工作环境； 将外部空气通入主轴时，务必使用绝对干燥的空气； 含有水份的气体会在电机内部凝结从而导致电机的损坏。 不要过度冷却 FANUC内装电机应使用液冷的方式； 冷却液的温度应该不低于室内温度，否则水蒸气将在主轴箱体内部凝结，并损坏电 子绕组的绝缘性能。,FANUC内装主轴电机的安装,注意事项,电机防护 = IP54,编码器防护 = IP54,排泄管示例,盖,间隙小于 1mm,外罩,外罩,网孔小于 1mm,FANUC内装主轴电机的安装,注意事项,绕组同其他

17、金属材料之间的间隙应至少在3mm以上。,定子,转子,=3mm,线圈端部,=3mm,FANUC内装主轴电机的安装,注意事项,定子、转子的轴向偏差应控制在1mm以内，大于1mm的偏差会导致输出功率的下降。,转子中心,定子中心,=1mm,FANUC内装主轴电机的调试,FANUC内装主轴电机的调试,系统连接,aiSV 系列放大器,aiCZ 编码器,aiBZ 编码器,FSSB,i 系列数控系统30/31/32i 0i-D,可使用TYPE A型主轴放大器； 对于31i-B系列，使用FSSB进行主轴放大器的连接。,FANUC内装主轴电机的调试,aiBZ 编码器的连接,A06B-2150-Txxx防水型接头,

18、A06B-2155-Txxx非防水型接头,注意防水型和非防水型编码器反馈电缆（K17）接线方法不同，具体接法请参考说明书B-65292EN/05。,FANUC内装主轴电机的调试,aiCZ 编码器的连接,编码器信号通过检测电路反馈回主轴放大器。,FANUC内装主轴电机的调试,主轴参数初始化,确认系统接线无误,设定初始化参数：P4019#7=1, P4133=300/400,CNC电源OFF/ON,设定与编码器相关参数,参数的改变,其他主轴相关参数,CNC电源OFF/ON,*无输出切换设定300，有输出切换设定400,*NC及电柜电源均需要断电,*参考主轴电机参数表手动逐个输入电机参数,*设定编码器类型及齿数,*P374