电主轴三种控制方式的对比分析

 普通变频为标量驱动和控制，其驱动控制特性为恒转矩驱动，输出功率和转速成正比。普通变频控制的动态性能不够理想，在低速时控制性能不佳，输出功率不够稳定，也不具备C轴功能。但价格便宜、结构简单，一般用于磨床和普通的高速铣床等。

   矢量控制技术模仿直流电动机的控制，以转子磁场定向，用矢量变换的方法来实现驱动和控制，具有良好的动态性能。矢量控制驱动器在刚启动时具有很大的转矩值，加之电主轴本身结构简单，惯性很小，故启动加速度大，可以实现启动后瞬时达到允许极限速度。这种驱动器又有开环和闭环两种，后者可以实现位置和速度的反馈，不仅具有更好的动态性能，还可以实现C轴功能；而前者动态性能稍差，也不具备C轴功能，但价格较为便宜。

   直接转矩控制是继矢量控制技术之后发展起来的又一种新型的交流调速技术，其控制思想新颖，系统结构简洁明了，更适合于高速电主轴的驱动，更能满足高速电主轴高转速、宽调速范围、高速瞬间准停的动态特性和静态特性的要求，已成为交流传动领域的一个热点技术。

   通过对比可以看出，直接转矩控制这一控制方式更适合电主轴的驱动，设计的电主轴直接转矩控制系统具有良好的动静态特性，将直接转矩控制方法应用于电主轴驱动控制系统是可行的，较适应高速数控机床驱动控制系统的快速响应要求。

电主轴的性能及优点：

1、工件表面光洁度大大提高。电机具有的转速硬特性，在负载波动情况下具有较高的转速稳定性，使工件表面光洁度得以明显提高。

2、传动误差小。机床主传动链长度为零，电机对主轴实现直接驱动，无任何传动误差，主轴振动明显变小，工件表面光洁度得以明显提高。

3、主轴变形小。电机转子为稀土永磁结构，无励磁电流，转子发热小，主轴轴向稳定性好；工件加工精度高。

4、功率、扭矩大。电机为稀土永磁同步电机，具有极高的功率密度和转矩密度。与异步电机相比，在同体积下，该电机的功率、转矩可大一个等级；就是在同功率下，由于转子无需励磁电流，其转矩也明显大。

数控机床对进给伺服电机的要求主要为：

（1）机械特性：要求伺服电机的速降小、刚度大；

（2）快速响应的要求：这在轮廓加工，特别对曲率大的加工对象进行高速加工时要求较严格；

（3）调速范围：这可以使数控机床适用于各种不同的刀具、加工材质；适应于各种不同的加工工艺；

（4）一定的输出转矩，并要求一定的过载转矩。机床进给机械负载的性质主要是克服工作台的摩擦力和切削的阻力，因此主要是"恒转矩"的性质。

高速电机技术：电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物，电动机的转子即为主轴的旋转部分，理论上可以把电主轴看作一台高速电动机。关键技术是高速度下的动平衡；

润滑：电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑；也可以采用脂润滑，但相应的速度要打折扣。所谓定时，就是每隔一定的时间间隔注一次油。所谓定量，就是通过一个叫定量阀的器件，控制每次润滑油的油量。而油气润滑，指的是润滑油在压缩空气的携带下，被吹入陶瓷轴承。油量控制很重要，太少，起不到润滑作用；太多，在轴承高速旋转时会因油的阻力而发热。

冷却装置：为了尽快给高速运行的电主轴散热，通常对电主轴的外壁通以循环冷却剂，冷却装置的作用是保持冷却剂的温度。