主軸伺服提供加工各類工件所需的切削功率，因此，只需完成主軸調(diào)速及正反轉(zhuǎn)功能。但當(dāng)要求機(jī)床有螺紋加工、準(zhǔn)停和恒線速加工等功能時，對主軸也提出了相應(yīng)的位置控制要求，因此，要求其輸出功率大，具有恒轉(zhuǎn)矩段及恒功率段，有準(zhǔn)?？刂疲鬏S與進(jìn)給聯(lián)動。與進(jìn)給伺服一樣，主軸伺服經(jīng)歷了從普通三相異步電動機(jī)傳動到直流主軸傳動。隨微處理器技術(shù)和大功率晶體管技術(shù)的進(jìn)展，現(xiàn)在又進(jìn)人了交流主軸伺服系統(tǒng)的時代[3]。 （1）交流異步伺服系統(tǒng) 交流異步伺服通過在三相異步電動機(jī)的定子繞組中產(chǎn)生幅值、頻率可變的正弦電流，該正弦電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與電動機(jī)轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的感應(yīng)電流相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)。其中，正弦電流的幅值可分解為給定或可調(diào)的勵磁電流與等效轉(zhuǎn)子力矩電流的矢量和；正弦電流的頻率可分解為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差之和，以實現(xiàn)矢量化控制。 交流異步伺服通常有模擬式、數(shù)字式兩種。與模擬式相比，數(shù)字式伺服加速特性近似直線，時間短，且可提高主軸定位控制時系統(tǒng)的剛性和精度，操作方便，是機(jī)床主軸驅(qū)動采用的主要形式。然而交流異步伺服存在兩個主要問題：①轉(zhuǎn)子發(fā)熱，效率較低，轉(zhuǎn)矩密度較小，體積較大；②功率因數(shù)較低，因此，要獲得較寬的恒功率調(diào)速范圍，要求較大的逆變器容量。 （2）交流同步伺服系統(tǒng) 　　近年來，隨著高能低價永磁體的開發(fā)和性能的不斷提高，使得采用永磁同步調(diào)速電動機(jī)的交流同步伺服系統(tǒng)的性能日益突出，為解決交流異步伺服存在的問題帶來了希望。與采用矢量控制的異步伺服相比，永磁同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子溫度低，軸向連接位置精度高，要求的冷卻條件不高，對機(jī)床環(huán)境的溫度影響小，容易達(dá)到極小的低限速度。即使在低限速度下也可作恒轉(zhuǎn)矩運行，特別適合強(qiáng)力切削加工。同時，其轉(zhuǎn)矩密度商、轉(zhuǎn)動慣量小、動態(tài)響應(yīng)特性好，特別適合高生產(chǎn)率運行。較易達(dá)到很高的調(diào)速比，允許同一機(jī)床主軸具有多種加工能力，既可以加工像鋁一樣的低硬度材料，也可以加工很硬很脆的合金，為機(jī)床進(jìn)行最優(yōu)切削創(chuàng)造了條件[4]。 （3）電主軸 　　電主軸是電動機(jī)與主軸融合在一起的產(chǎn)物，它將主軸電動機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子直接裝入主軸組件的內(nèi)部，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子即為主軸的旋轉(zhuǎn)部分，由于取消了齒輪變速箱的傳動與電動機(jī)的連接，實現(xiàn)了主軸系統(tǒng)的一體化、“零傳動”。因此，具有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、慣性小、動態(tài)特性好等優(yōu)點，可改善機(jī)床的動平衡，避免振動和噪聲，在超高速切削機(jī)床上得到廣泛應(yīng)用。 　　從理論上講，電主軸作為高速電動機(jī)，既可使用異步交流感應(yīng)電動機(jī)，也可使用永磁同步電動機(jī)。電主軸的驅(qū)動一般使用矢量控制的變頻技術(shù)，通常內(nèi)置一脈沖編碼器來實現(xiàn)廂位控制及與進(jìn)給的準(zhǔn)確配合。由于電主軸的工作轉(zhuǎn)速極高，對其散熱、動平衡、潤滑等提出了特殊的要求。在應(yīng)用中必須妥善解決才能確保電主軸高速運轉(zhuǎn)和精密加工。