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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。

高速电主轴的两种冷却方式

  对于电主轴的整体冷却，通常有液体冷却和空气强制冷却两种方式。

   (1)液体冷却是指在电主轴的内部设计冷却水循环，在外部配备相应的冷却机,使冷却液体在主轴内部循环带走内部热量。这种冷却方式的优点设计简单可靠,冷却效果较为明显，缺点是对主轴轴芯的冷却效果比较差,冷却机的成本比较高。

   (2)空气强制冷却是指在电主轴的壳体与电机定子之间设计一个强制对流的通道,电机的发热量通过热传导进入到强制对流区,把热量带入空气中,实现电主轴的恒温工作。空气强制冷却具有无污染的特点。如果使用静压气体轴承，可以利用静压气体轴承的气体在主轴内部循环带走一部分电机的热量。

高速电主轴根据应用场合的不同大致可以分为8大类：磨削用、铣削用、车削用、拉碾用、钻削用、加工中心用、机械主轴（不含内置电机）皮带传动主轴、特种旋转试验主轴等。一般用户常用的有磨削用、铣削用、车削用、加工中心用、机械主轴（不含内置电机）皮带传动主轴几类。

   在选择电主轴时，一定要关注你的应用场合，不同的应用场合的接口是不同的，另外一定要弄清楚你的功率要求，以及在此功率下对应的转速，这一点很关键，因为同样是1kW，在1000转和10000转的要求下电主轴的外形尺寸是相差很多的，所以工况一定要准确。另一个提醒，刀具的接口一定要明确，这也是有原则的，一般情况下BT50的接口转速只能在8000RPM一下的电主轴中使用，BT40的接口可以在18000RPM下的电主轴中使用，如果要更高的转速，刀具接口需要选择相应的HSK等高速刀具接口，数控铣削电主轴上配用的ER弹簧夹头或者SD弹簧夹头也是有一定的许用高转速的。

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。