1、數控機床用主軸伺服系統數 控 機 床 的 主 軸 系 統 和 進 給 系 統 有 很 大 的 差 別 。根 據 機 床 主 傳 動 的工作 特點 ，早期 的 機床 主軸 傳動 全部 采用 三相 異步 電動 機加 上 多級 變速箱的結構。隨 著技術的不斷發展，機床結構有了很大的改進，從 而對主軸系統提出了新的要求，而 且因用途而異。在 數控機床中，數 控車床 占 42 ，數 控鉆鏜銑 床占 33 ，數控磨 床、沖床 占 23 ，其 他只占 2。為 了滿足量大面廣的前兩類數控機床的需要，對 主軸傳 動提出了下述要求：主傳動電動機應有2.2250kW的功率范圍；要 有大的無級調速范圍，如能在1： 1

2、001000范圍內進行恒轉矩調速 和 1： 10 的 恒功 率調 速；要 求主傳動 有四象限的 驅動能 力；為 了 滿足 螺紋車削，要求主軸能與進給實行同步控制；在加工中心上為了 自動 換刀，要 求主軸能進行高精度定向停位控制，甚至要求主軸具有角度 分度控制功能等等。主軸傳 動和進給傳 動一樣，經歷了 從普通三相異步電 動機傳 動到 直流主軸傳 動，而 隨著微處理器技術和大功率晶體管技 術的 進展 ，現 在又進入了 交 流主軸伺服系統的 時代，目前已很少見到在數控機床上 有使用直流主軸伺服系統了 。但是國內 生產的交流主軸伺服系統的產 品尚很少見， 大多采用進口產品。交流伺服電 動機有永磁式同

3、步電 動機和籠型異步電 動機兩種結 構形式，而 且絕大多數采用永磁式同步電 動機的結構形 式。而交流主 軸電動 機的 情況則不同，交流主軸電動 機均采用異步電動 機的 結構形 式， 這是因為， 一方面受永磁體的限制， 當電 動機容量做得很大時， 電動機成本會很高，對 數控機床來講無法接受采用；另 一方面，數 控 機床的 主軸 傳動 系統 不 必像 進給 伺服 系統 那樣 要求 如此 高的 性能，采 用成本低的異步電 動機進行矢量閉環控制，完全可滿足數控機床主軸 的要求。但 對交流主軸電動機性能要求又與普通異步電 動機不同 ，要 求交流主軸電動機的輸出特性曲線（輸出功率與轉速關 系）是在基本 速

4、度以下時為恒轉矩區域，而在基本速度以上時為恒功率區域。交流主軸控制單元與進給系統一樣，也有模擬式和數字式兩種， 現在所見到的國外交流主軸控制單元大多都是數字式的。它 們 的 工 作 過 程 簡 述 如 下 ：由 數 控 系 統 來 的 速 度 指 令（ 如 10V 時 相 當 于 6000r/min 或 4500r/min ）在 比 較 器 中 與 檢 測 器 的 信 號 相 與 之 后，經比例積分回路 3 將速度誤差信號放大作為轉矩指令電壓輸出， 再經絕對值回路 4 使轉矩指令電壓永遠為正。然后經函數發生器 6（它 的作用是當電動機低速時提高轉矩指令電壓），送 到 VF 變換器 7， 變成誤

5、差脈沖（ 如 10V 相當于 200kHz ）。該 誤差脈沖送到微處理器 8 并與四倍回路 17 送來的速度反饋脈沖進行運算。在此同時，交預先 寫在微處理器部件中的ROM中的信息讀出，分別送出振幅和相位信 號，送到DA強勵磁9和DA振幅器10。 DA強勵磁回路用于控制增加 定子電流的振幅，而DA振幅器用于產生與轉矩指令相對應的電動機 定子電 流的 振幅 。 它們的 輸出 值經乘法器 11 之后形成定 子電 流的 振 幅，送給U相和V相的電流指令回路12。另一方面，從微處理器輸 出的U、V兩相的相位（即sin 9和sin（ 9 -120 ° ）也被送到U相 和V相的電流指令回路12，它實際上也是一個乘法器，通過它形成 了 U相和V相的電流指令。這個指令與電機電流反饋信號相與之后的 誤差，經放大后送至PWM空制回路14 ,變成頻率為3kHz的脈寬信號。 而W相信號則由Iu、lv兩信號合成產生。上述脈沖信號經PWM變換 器 15 控 制 電動機的 三相 交流電 流。脈沖 發生器 16 是一個速度檢測器， 用來產 生每轉 256 個脈 沖的 正、 余弦波形， 然后經 四倍回 路 17 變 成 1024 脈 沖 r 。它 一 方 面 送 微 處 理 器 ，另 一 方 面 經 F V 變 換 器 19 作 為 速度反