FANUC高性能主轴电动机产品概述

1.产品简介

主轴电动机是用于金属切削机床切削主运动驱动的电动机，目前所使用的交流主轴电动机多为专用感应电动机，因此，它一般需要与主轴驱动器配套使用。与通用感应电动机的变频器调速相比，采用专用主轴电动机的驱动系统不仅具有更好的加减速性能、更大的调速范围、更高的调速精度，且可在低转速输出大转矩，因此，交流主轴驱动系统可像伺服驱动一样实现闭环位置控制，以满足数控机床主轴定位、刚性攻丝、螺纹加工、Cs轴控制等的功能要求。

FANUC公司目前可提供的主轴电动机产品主要有表2.5-1所示的αi系列、βi系列和Bi系列三大系列，每系列又可根据性能、电压等级分为若干品种和规格。

表2.5-1 FANUC主轴电动机分类表

αi系列主轴电动机为数控机床常用的高性能主轴电动机，其产品规格众多。根据电动机的结构，αi系列主轴电动机可分为αiI标准电动机系列、αiIP大范围恒功率输出变极宽调速系列、αiIT主轴直接连接系列、αiIL强制水冷系列4大类产品。其中，αiI系列、αiIP系列电动机采用的是标准结构，在数控机床中最常用；αiIT系列、αiIL系列电动机采用的是电动机/主轴直接连接的特殊结构，可用于使用中心内冷刀具的高速加工机床。

βi系列主轴电动机为一般数控机床用的普通主轴电动机，其性价比较高，但各方面性能均低于αi系列，且产品规格较少。根据电动机性能，βi系列主轴电动机分为βiI系列标准型、βiIP系列大范围恒功率输出宽调速型和新推出的βiIc经济型3类产品。βiI系列、βiIP系列可用于普通数控机床的主轴驱动，可与βiSVSP伺服/主轴一体驱动器配套使用；βiIc经济型电动机用于低价位数控机床，只能与βiSVSPc伺服/主轴一体经济型驱动器配套使用。

以上产品中，αiI系列、αiIP系列电动机和βiI系列、βiIP系列主轴电动机是数控机床的常用产品，本书将进行具体介绍，αiIT、αiIL系列主轴电动机及Bi系列电主轴简介如下。

2.直接连接电动机

在高速、高精度加工机床上，为使主轴能达到每分钟数万转的高速，为了降低振动、噪声，主轴和电动机间一般不能再通过传统的齿轮、同步传动带等机械传动装置进行连接；这样的机床主轴需要使用电动机和主轴直接连接的主轴电动机或电主轴进行直接驱动。

为了适应高速切削的需要，高速加工机床一般需要常用中心冷却刀具（简称内冷刀具）进行加工，为此，直连主轴电动机的转子轴需要有提供刀具内冷的冷却孔。

FANUC公司的αiIT/αiIL系列主轴电动机是用于主轴直连结构的主轴电动机产品，其外观如图2.5-1所示。主轴电动机的转子轴加工有刀具内冷的冷却孔，其电动机体、冷却风扇、接线盒三者可分离。

αiIT/αiIL系列电动机与主轴的连接如图2.5-2所示，电动机直接安装在主轴后部，两者通过联轴器连接，电动机体与冷却风扇间可安装刀具内冷用的旋转密封接头。

αiIL系列和αiIT系列主轴电动机的区别在于电动机本身的冷却方式，αiIT系列采用的是图2.5-2所示的外置风机冷却，而αiIL系列则使用强制冷却液冷却，因此，其电动机功率更大、主轴转速更高。两类产品均有200V标准型和400V高电压HV型可供选择，驱动器应采用标准型或HV型的αi系列驱动器。

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图2.5-1 αiIT/αiIL系列主轴电动机

目前，αiIT系列主轴电动机的30min连续输出功率范围为1.5～22kW；1.5kW和2.2kW小功率单速电动机的额定转速为3000r/min、最高转速为20000r/min；3.7kW以上电动机为变极调速，额定转速为1500（低速）/4000（高速），高速级的最高转速为10000～15000r/min。

αiIL系列强制冷却主轴电动机的30min连续输出功率范围为11～26kW，均为变极调速，额定转速为600～1400（低速）/2000～6000（高速）r/min，最高转速为15000或20000r/min。

图2.5-2 αiIT/αiIL主轴电动机和主轴的连接

3.电主轴

中空转子电动机简称电主轴，它最初主要用于磨床等产品，但现在已广泛用于高速高精度加工、五轴加工或复合加工等数控机床。电主轴的转子为中空，机床主轴可直接安装在转子内部，使得转子和主轴成为一体化结构，电动机和主轴间不需要任何机械传动装置，实现了主轴的“零传动”。采用电主轴的机床具有主轴转速高、结构紧凑、重量轻、惯量小、起/制动迅速以及振动和噪声小等优点，但其生产制造成本较高，安装、维护相对较困难，此外电动机对冷却系统、防护系统的要求也较高。

FANUC公司的BiI系列电主轴为近年新开发的产品，其主轴系统组成如图2.5-3所示，主轴系统需要配套选用无冷却套的BiI系列电动机或带冷却套的BiI-TypeM系列电动机、CZi或BZi分离型磁性编码器和αi系列驱动器。

BiI系列电动机分标准型和高速型两类。标准型电主轴以简化主传动系统结构、提高主轴精度、实现了“零传动”为主要目的，其连续输出功率范围为0.75～37kW，转子中空内径范围为ϕ34.8～ϕ168mm；0.75～1.5kW小功率电动机的额定转速为8000～10000r/min，最高转速为25000或20000r/min；额定转速为600～3000r/min的2.2～25kW中规格电动机的最高转速为12500～15000r/min；额定转速为350～600r/min的11～37kW中规格电动机的最高转速为3000～8000r/min。

图2.5-3 BiI电主轴系统组成

高速型电主轴以提高主轴转速为主要目的，其连续输出功率范围为0.55～30kW，转子中空内径范围为ϕ28～ϕ101.4mm；其中，0.55kW主轴电动机的最高转速可达70000r/min；3.7kW、5.5kW主轴电动机的最高转速可达50000r/min；11kW、13kW主轴电动机的最高转速为30000、40000r/min；其他规格电动机的最高转速为20000r/min。

BiI-TypeM电动机在BiI电动机的基础上增加了强制水冷的冷却套，因此，可提高同规格电动机的输出功率和最高转速，其余性能与BiI电动机相同。两类产品均有200V标准型和400V高电压HV型可供选择。