单文桃, 王 鑫

(江苏理工学院 机械工程学院，江苏 常州 213001)

高精度、高转速数控机床是实现高速加工技术的基础，而高速电主轴单元是高精度、高效率高档数控机床的核心功能部件之一，是航空航天、汽车、船舶、精密模具、精密机械等尖端产品制造领域所需高档加工母机的核心部件。永磁同步电主轴(Permanent Magnet Synchronous Spindle,PMSS)是高速电主轴单元种类之一，其具有以下几个优点：① 转子不发热。因为PMSS采用永磁体励磁，运行过程中无励磁损耗，故转子不发热；② 功率密度高、易启停。由于钕铁硼等高磁场强度永磁体材料的应用，电主轴的体积和重量大为减小，因此PMSS转动惯量小，易于快速启停；③ 功率因数高。转子转速严格与电源同步，工作效率高。

高速电主轴作为高速机床的核心部件，同时也是该类机床的主要热源。随着切削进给速度和加速度加大，机床的发热量将急剧增加。对于高速机床来说，热变形所引起的加工误差可占总体误差的30%～70%，PMSS的转子由永磁体构成，与三相异步电主轴相比，其转子在转动时不发热，能够减小热变形所引起的加工误差，有利于高精度、高转速的加工。PMSS高速化是未来数控系统发展的主要趋势之一，由于受到逆变器容量地限制，电主轴要获得较宽的调速范围并且高速时具有较稳定的定子电流，就存在一定的困难，解决这些困难是目前弱磁控制研究主要的研究方向。弱磁控制技术可使PMSS在低速时获得恒定转矩，以适应大转矩启动的要求；在高速时输出恒定功率，进一步提高电主轴的运行速度，拓宽调速范围。……