数控机床变频调速主轴和伺服主轴的工作原理

数控机床变频调速主轴和伺服主轴的工作原理

主轴驱动系统包括主轴驱动器和主轴电动机。数控机床主轴的无级调速则是

由主轴驱动器完成。主轴驱动系统分为直流驱动系统和交流驱动系统，目前数控机

床的主轴驱动多采用交流主轴驱动系统即交流主轴电动机配备变频器或主轴伺服

驱动器

为满足数控机床对主轴驱动的要求，主轴驱动系统必须具备下述功能：

(1)输出功率大：

（幻在整个调速范围内速度稳定，且恒功率范围宽

(3)在断续负载下电动机转速波动小，过载能力强

(4）加、减速时间短：

(5）电动机温升低

(6)振动小、噪声低：

(7)电动机可靠性高、寿命长、易维护

(8)体积小、重量轻

早期的数控机床多采用直流主轴驱动系统。为使主轴电动机能输出较大的功率，所以一般采用他激式的直流电动机。为缩小体积，改善冷却效果，以免电动机过热，常采用轴向强迫风冷或热管冷却技术。

直流主轴电动机驱动器有可控硅调速和脉宽调制PWM调速两种形式。由于脉宽调制PWM调速具有很好的调速性能，因而在对静动态性能要求较高的数控机床进给驱动装置上曾广泛使用。而三相全控可控硅调速装置则适用于大功率场合。

由于直流电动机需机械换向，换向器表面线速度、换向电流、电压均受到限制，所以限制了其转速和功率的提高，并且它的恒功率调速范围也较小。由于直流电动机的换向增加了电动机的制造难度、成本，并使调速控制系统变得复杂，另外换向器必须定时停机检查和维修，使用和维护都比较麻烦。

20世纪80年代后，微电子技术、交流调速理论、现代控制理论等有了很大发展，同时新型大功率半导体器件如大功率晶休管GTR,绝缘栅双极晶休管IGBT以及IPM智能模块不断成熟并应用于交流驱动系统，并可实现高转速和大功率主轴驱动，其性能已达到和超过直流驱动系统的水平。交流电动机体积小、重量轻，采用全封闭罩壳，防灰尘和防污染性能好，因此，现代数控机床90％都采用交流主轴驱动系统。

交流主轴驱动系统通常采用感应电动机作为驱动电动机，由变频逆变器实施控制，有速度开环或闭环控制方式。也有采用永磁同步电动机作为驱动电动机，由变频逆变器实现速度环的矢量控制，这种方式具有快速的动态响应特性，但其恒功率调速范围较小。

正如前述，电动机的结构有笼型感应电动机和永磁式电动机两种结构，对于进给用交流伺服电动机，大都采用后一种结构形式：而交流主轴电动机与伺服进给电动机不同，交流主轴电动机多采用感应电动机。这是因为受永磁体的限制，当容量做得很大时，电动机成本太高，使数控机床难以使用。另外数控机床主轴驱动系统不必像进给伺服驱动系统那样要求如此高的性能，调速范围也可以不要太大。因

此，采用感应电动机进行矢量控制就完全能满足数控机床主轴的要求。参考数控系统/automation/cn/zh/automation-systems/cnc-systems/sinu merik-control/Pages/Default.aspx

虽然可以采用普通感应电动机作为数控机床的主轴电动机，但为了得到好的

主轴特性而采用变频矢量控制时，交流主轴电动机一般是专门设计的，具有独自的特点。

在电动机安装上，有法兰式和底座式两种，可根据不同需要选用。