动。与进给伺服一样，主轴伺服经历了从普通三相异步电动机传动到直流主轴传动。随着微

 

处理器技术和大功率晶体管技术的进展，现在又进入了交流主轴伺服系统的时代。

(1)

 

交流异步伺服系统

     交流异步伺服通过在三相异步电动机的定子绕组中产生幅值、频率可变的正弦电流，该
正弦电流产生的旋转磁场与电动机转子所产生的感应电流相互作用，产生电磁转矩，从而
实现电动机的旋转。其中，正弦电流的幅值可分解为给定或可调的励磁电流与等效转子力

 

矩电流的矢量和；正弦电流的频率可分解为转子转速与转差之和，以实现矢量化控制。交
流异步伺服通常有模拟式、数字式两种方式。与模拟式相比，数字式伺服加速特性近似直线，
时间短，且可提高主轴定位控制时系统的刚性和精度，操作方便，是机床主轴驱动采用的
主要形式。然而交流异步伺服存在两个主要问题：一是转子发热，效率较低，转矩密度较
小，体积较大；二是功率因数较低，因此，要获得较宽的恒功率调速范围，要求较大的逆

 

变器容量。
     (二)

 

交流同步伺服系统

     近年来，随着高能低价永磁体的开发和性能的不断提高，使得采用永磁同步调速电动
机的交流同步伺服系统的性能日益突出，为解决交流异步伺服存在的问题带来了希望。与
采用矢量控制的异步伺服相比，永磁同步电动机转子温度低，轴向连接位置精度高，要求
的冷却条件不高，对机床环境的温度影响小，容易达到极小的低限速度。即使在低限速度
下，也可作恒转矩运行，特别适合强力切削加工。同时其转矩密度高，转动惯量小，动态
响应特性好，特别适合高生产率运行。较容易达到很高的调速比，允许同一机床主轴具有
多种加工能力，既可以加工像铝一样的低硬度材料，也可以加工很硬很脆的合金，为机床

 

进行最优切削创造了条件。
     (三)

 

电主轴

     电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物，它将主轴电动机的定子、转子直接装入主轴
组件的内部，电动机的转子即为主轴的旋转部分，由于取消了齿轮变速箱的传动与电动机

“

”

的连接，实现了主轴系统的一体化、 零传动 。因此，其具有结构紧凑、重量轻、惯性小、动
态特性好等优点，并可改善机床的动平衡，避免振动和噪声，在超高速切削机床上得到了

 

广泛的应用。从理论上讲，电主轴为一台高速电动机，其既可使用异步交流感应电动机，
也可使用永磁同步电动机。电主轴的驱动一般使用矢量控制的变频技术，通常内置一脉冲
编码器，来实现厢位控制及与进给的准确配合。由于电主轴的工作转速极高，对其散热、动
平衡、润滑等提出了特殊的要求。在应用中必须妥善解决，才能确保电主轴高速运转和精密

 

 

加工。五、结论 作为数控机床的重要功能部件，伺服系统的特性一直是影响系统加工性能
的重要指标。围绕伺服系统动态特性与静态特性的提高，近年来发展了多种伺服驱动技术。
可以预见随着超高速切削、超精密加工、网络制造等先进制造技术的发展，具有网络接口的
全数字伺服系统、直线电动机及高速电主轴等将成为数控机床行业的关注的热点，并成为
伺服系统的发展方向。