[科普中国]-主轴驱动系统

主轴驱动系统是数控机床的大功率执行机构，其功能是接受数控系统(CNC)的S码（速度指令）及M码（辅助功能指令），驱动主轴进行切削加工。

特点主轴驱动系统是数控机床的大功率执行机构，其功能是接受数控系统(CNC)的S码（速度指令）及M码（辅助功能指令），驱动主轴进行切削加工。它接受来自CNC的驱动指令，经速度与转矩(功率)调节输出驱动信号驱动主电动机转动，同时接受速度反馈实施速度闭环控制。它还通过PLC将主轴的各种现实工作状态通告CNC用以完成对主轴的各项功能控制。为满足数控机床对主轴驱动的要求，主轴电动机必须具备下述功能：

1）输出功率大。

2）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）加速时间短。

5）电动机温升低。

6）振动、噪声小。

7）电动机可靠性高，寿命长，易维护。

8）体积小、质量轻。

主轴驱动系统的要求（1）调速范围。各种不同的机床对调速范围的要求不同。

（2）主轴的旋转精度和运动精度 主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动条件下测量主轴前端和距离前端300mm处的径向圆跳动和端面圆跳动值。

（3）数控机床主轴的变速是依指令自动进行的，要求能在较宽的转速范围内进行无级调速，并减少中间传递环节，简化主轴箱。目前主轴驱动装置的调速范围已达1:100，这对中小型数控机床已经够用了。对于中型以上的数控机床，如要求调速范围超过1:100，则需通过齿轮换挡的方法解决。

（4）要求主轴在整个范围内均能提供切削所需功率，并尽可能在全速度范围内提供主轴电动机的最大功率，即恒功率范围要宽。由于主轴电动机与驱动的限制，其在低速段均为恒转矩输出。为满足数控机床低速强力切削的需要，常采用分段无级变速的方法，即在低速段采用机械减速装置，以提高输出转矩。

（5）要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加减速控制，即要求具有四象限驱动能力，并且加减速时间短。1

直流主轴驱动装置直流主轴电动机的结构与永磁式伺服电动机不同，主轴电动机要能输出大的功率，所以一般是他磁式。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采用热管冷却技术。

直流驱动装置有晶闸管和脉宽调制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，因而在数控机床特别是对精度、速度要求较高的数控机床的进给驱动装置上广泛使用。而三相全控晶闸管调速装置则在大功率应用方面具有优势，因而常用于直流主轴驱动装置。2

交流主轴驱动装置主轴伺服提供加工各类工件所需的切削功率，因此，只需完成主轴调速及正反转功能。但当要求机床有螺纹加工、准停和恒线速加工等功能时，对主轴也提出了相应的位置控制要求，因此，要求其输出功率大，具有恒转矩段及恒功率段，有准停控制，主轴与进给联动。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。

本词条内容贡献者为:

李斌 - 副教授 - 西南大学