安陽市新程軸業機械有限公司

電主軸的電動機均采用交流異步感應電動機，由于是用在高速加工機床上，啟動時要從靜止迅速升速至每分鐘數萬轉乃至數十萬轉，啟動轉矩大，因而啟動電流要超出普通電機額定電流5~7倍。其驅動方式有變頻器驅動和矢量控制驅動器驅動兩種新型永磁電主軸。變頻器的驅動控制特性為恒轉矩驅動永磁電主軸，輸出功率與轉矩成正比。機床新的變頻器采用先進的晶體管技術，可實現主軸的無級變速。機床矢量控制驅動器的驅動控制為在低速端為恒轉矩驅動，在中、高速端為恒功率驅動

高速軸承技術電主軸通常采用動靜承、復合陶瓷軸承或電磁懸浮軸承。動靜承具有很高的剛度和阻尼，能大幅度提高加工效率、加工質量、延具壽命、降低加工成本，這種軸承壽命多半長。復合陶瓷軸承在電主軸單元中應用較多，這種軸承滾動體使用熱壓Si3N4陶瓷球，軸承套圈仍為鋼圈永磁同步電主軸，標準化程度高，對機床結構改動小，易于維護。電磁懸浮軸承高速性能好，精度高，容易實現診斷和在線監控，但是由于電磁測控系統復雜，這種軸承價格十分昂貴，而且長期居高不下永磁電主軸廠家，沒有得到廣泛應用。

電主軸三種控制方式的對比分析

 普通變頻為標量驅動和控制，其驅動控制特性為恒轉矩驅動，輸出功率和轉速成正比。普通變頻控制的動態性能不夠理想，在低速時控制性能不佳，輸出功率不夠穩定，也不具備C軸功能。但價格便宜、結構簡單，一般用于磨床和普通的高速銑床等。

   矢量控制技術模仿直流電動機的控制，以轉子磁場定向，用矢量變換的方法來實現驅動和控制，具有良好的動態性能。矢量控制驅動器在剛啟動時具有很大的轉矩值，加之電主軸本身結構簡單，慣性很小，故啟動加速度大，可以實現啟動后瞬時達到允許極限速度。這種驅動器又有開環和閉環兩種，后者可以實現位置和速度的反饋，不僅具有更好的動態性能，還可以實現C軸功能；而前者動態性能稍差，也不具備C軸功能，但價格較為便宜。

   直接轉矩控制是繼矢量控制技術之后發展起來的又一種新型的交流調速技術，其控制思想新穎，系統結構簡潔明了，更適合于高速電主軸的驅動，更能滿足高速電主軸高轉速、寬調速范圍、高速瞬間準停的動態特性和靜態特性的要求，已成為交流傳動領域的一個熱點技術。

   通過對比可以看出，直接轉矩控制這一控制方式更適合電主軸的驅動，設計的電主軸直接轉矩控制系統具有良好的動靜態特性，將直接轉矩控制方法應用于電主軸驅動控制系統是可行的，較適應高速數控機床驅動控制系統的快速響應要求。

高速電主軸的兩種冷卻方式

  對于電主軸的整體冷卻，通常有液體冷卻和空氣強制冷卻兩種方式。

   (1)液體冷卻是指在電主軸的內部設計冷卻水循環，在外部配備相應的冷卻機,使冷卻液體在主軸內部循環帶走內部熱量。這種冷卻方式的優點設計簡單可靠,冷卻效果較為明顯，缺點是對主軸軸芯的冷卻效果比較差,冷卻機的成本比較高。

   (2)空氣強制冷卻是指在電主軸的殼體與電機定子之間設計一個強制對流的通道,電機的發熱量通過熱傳導進入到強制對流區,把熱量帶入空氣中,實現電主軸的恒溫工作。空氣強制冷卻具有無污染的特點。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部循環帶走一部分電機的熱量。

為了提高主軸的平衡性，在電主軸的設計中，需要采用對稱結構，加工裝配的時候要提高度。當主軸出廠的回收，調整好初始動平衡，提高主軸的平衡性，但是，主軸刀具依然會存在細微的不對稱問題，甚至會出現刀具磨損的問題，或者切屑粘刀的問題，原有的動平衡依然會被打破。由于工況復雜，主軸刀具系統會受到干擾，諸如切削力激勵、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，使其無法保持穩定的穩定的運行狀態。要使電主軸處于高速運行狀態，確保數控機床運行且持續穩定，就需要將在線運行且自動化操作的動平衡系統設計出來，并根據實際應用需要不斷完善，更好地發揮其價值。