電主軸的電動(dòng)機(jī)均采用交流異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，由于是用在高速加工機(jī)床上，啟動(dòng)時(shí)要從靜止迅速升速至每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)乃至數(shù)十萬轉(zhuǎn)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，因而啟動(dòng)電流要超出普通電機(jī)額定電流5~7倍。其驅(qū)動(dòng)方式有變頻器驅(qū)動(dòng)和矢量控制驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)兩種新型永磁電主軸。變頻器的驅(qū)動(dòng)控制特性為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)永磁電主軸，輸出功率與轉(zhuǎn)矩成正比。機(jī)床新的變頻器采用先進(jìn)的晶體管技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)主軸的無級(jí)變速。機(jī)床矢量控制驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)控制為在低速端為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)，在中、高速端為恒功率驅(qū)動(dòng)

高速軸承技術(shù)電主軸通常采用動(dòng)靜承、復(fù)合陶瓷軸承或電磁懸浮軸承。動(dòng)靜承具有很高的剛度和阻尼，能大幅度提高加工效率、加工質(zhì)量、延具壽命、降低加工成本，這種軸承壽命多半長。復(fù)合陶瓷軸承在電主軸單元中應(yīng)用較多，這種軸承滾動(dòng)體使用熱壓Si3N4陶瓷球，軸承套圈仍為鋼圈永磁同步電主軸，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)改動(dòng)小，易于維護(hù)。電磁懸浮軸承高速性能好，精度高，容易實(shí)現(xiàn)診斷和在線監(jiān)控，但是由于電磁測控系統(tǒng)復(fù)雜，這種軸承價(jià)格十分昂貴，而且長期居高不下永磁電主軸廠家，沒有得到廣泛應(yīng)用。

電主軸三種控制方式的對(duì)比分析

 普通變頻為標(biāo)量驅(qū)動(dòng)和控制，其驅(qū)動(dòng)控制特性為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)，輸出功率和轉(zhuǎn)速成正比。普通變頻控制的動(dòng)態(tài)性能不夠理想，在低速時(shí)控制性能不佳，輸出功率不夠穩(wěn)定，也不具備C軸功能。但價(jià)格便宜、結(jié)構(gòu)簡單，一般用于磨床和普通的高速銑床等。

   矢量控制技術(shù)模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，以轉(zhuǎn)子磁場定向，用矢量變換的方法來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)和控制，具有良好的動(dòng)態(tài)性能。矢量控制驅(qū)動(dòng)器在剛啟動(dòng)時(shí)具有很大的轉(zhuǎn)矩值，加之電主軸本身結(jié)構(gòu)簡單，慣性很小，故啟動(dòng)加速度大，可以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)后瞬時(shí)達(dá)到允許極限速度。這種驅(qū)動(dòng)器又有開環(huán)和閉環(huán)兩種，后者可以實(shí)現(xiàn)位置和速度的反饋，不僅具有更好的動(dòng)態(tài)性能，還可以實(shí)現(xiàn)C軸功能；而前者動(dòng)態(tài)性能稍差，也不具備C軸功能，但價(jià)格較為便宜。

   直接轉(zhuǎn)矩控制是繼矢量控制技術(shù)之后發(fā)展起來的又一種新型的交流調(diào)速技術(shù)，其控制思想新穎，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔明了，更適合于高速電主軸的驅(qū)動(dòng)，更能滿足高速電主軸高轉(zhuǎn)速、寬調(diào)速范圍、高速瞬間準(zhǔn)停的動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性的要求，已成為交流傳動(dòng)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)。

   通過對(duì)比可以看出，直接轉(zhuǎn)矩控制這一控制方式更適合電主軸的驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)的電主軸直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)具有良好的動(dòng)靜態(tài)特性，將直接轉(zhuǎn)矩控制方法應(yīng)用于電主軸驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是可行的，較適應(yīng)高速數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的快速響應(yīng)要求。

高速電主軸的兩種冷卻方式

  對(duì)于電主軸的整體冷卻，通常有液體冷卻和空氣強(qiáng)制冷卻兩種方式。

   (1)液體冷卻是指在電主軸的內(nèi)部設(shè)計(jì)冷卻水循環(huán)，在外部配備相應(yīng)的冷卻機(jī),使冷卻液體在主軸內(nèi)部循環(huán)帶走內(nèi)部熱量。這種冷卻方式的優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)簡單可靠,冷卻效果較為明顯，缺點(diǎn)是對(duì)主軸軸芯的冷卻效果比較差,冷卻機(jī)的成本比較高。

   (2)空氣強(qiáng)制冷卻是指在電主軸的殼體與電機(jī)定子之間設(shè)計(jì)一個(gè)強(qiáng)制對(duì)流的通道,電機(jī)的發(fā)熱量通過熱傳導(dǎo)進(jìn)入到強(qiáng)制對(duì)流區(qū),把熱量帶入空氣中,實(shí)現(xiàn)電主軸的恒溫工作?？諝鈴?qiáng)制冷卻具有無污染的特點(diǎn)。如果使用靜壓氣體軸承，可以利用靜壓氣體軸承的氣體在主軸內(nèi)部循環(huán)帶走一部分電機(jī)的熱量。

為了提高主軸的平衡性，在電主軸的設(shè)計(jì)中，需要采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，加工裝配的時(shí)候要提高度。當(dāng)主軸出廠的回收，調(diào)整好初始動(dòng)平衡，提高主軸的平衡性，但是，主軸刀具依然會(huì)存在細(xì)微的不對(duì)稱問題，甚至?xí)霈F(xiàn)刀具磨損的問題，或者切屑粘刀的問題，原有的動(dòng)平衡依然會(huì)被打破。由于工況復(fù)雜，主軸刀具系統(tǒng)會(huì)受到干擾，諸如切削力激勵(lì)、離心力以及熱變形等都是重要的影響因素，并因此破壞主軸系統(tǒng)，使其無法保持穩(wěn)定的穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。要使電主軸處于高速運(yùn)行狀態(tài)，確保數(shù)控機(jī)床運(yùn)行且持續(xù)穩(wěn)定，就需要將在線運(yùn)行且自動(dòng)化操作的動(dòng)平衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)出來，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要不斷完善，更好地發(fā)揮其價(jià)值。