數控車床是機電一體化的典型產品，是集機床、計算機、電機及其拖動、自動控制、檢測等技術于一身的自動化設備。其中主軸運動是數控車床的一個重要內容，以完成切削任務，其動力占整臺車床動力的70%～80%?；究刂剖侵鬏S的正、反轉和停止，可自動換擋和無級調速。

    在目前數控車床中，主軸控制裝置通常是采用交流變頻器來控制交流主軸電動機。為滿足數控車床對主軸驅動的要求，必須有以下性能：寬調速范圍，且速度穩定性能要高；在斷續負載下，電機的轉速波動要??；加、減速時間短；過載能力強；噪聲低、震動小、壽命長。

    1.主軸變頻控制的基本原理

    由異步電機理論可知，主軸電機的轉速與頻率近似成正比，改變頻率即可以平滑地調節電機轉速，而對于變頻器而言，其頻率的調節范圍是很寬的，可在0～400Hz（甚至更高頻率）之間任意調節，因此主軸電機轉速也可以在較寬的范圍內調節。

    圖1    變頻器在數控車床上的應用

    當然，轉速提高后，還應考慮到對其軸承及繞組的影響，防止電機過分磨損及過熱，一般可以通過設定最高頻率來進行限定。

    圖1所示為變頻器在數控車床中的應用，其中變頻器與數控裝置的聯系通常包括：數控裝置到變頻器的正、反轉信號；數控裝置到變頻器的速度或頻率信號；變頻器到數控裝置的故障等狀態信號。因此，所有關于對變頻器的操作和反饋均可在數控面板進行編程和顯示。

    2.主軸變頻控制的系統構成

    不使用變頻器進行變速傳動的數控車床一般用時間控制器確認電機轉速到達指令速度開始進刀，而使用變頻器后，機床可按指令信號進刀，這樣一來就提高了效率。如果被加工件呈圖2(a)所示形狀，則由圖中可看出，對應于工件的AB段，主軸速度維持在1000r/min，對應于BC段，電機拖動主軸成恒線速度移動，但轉速卻是連續變化的，從而實現高精度切削。

    圖2    主軸變頻器系統構成示意

    在本系統中，速度信號的傳遞是通過數控裝置到變頻器的模擬給定通道（電壓或電流），通過變頻器內部關于輸入信號與設定頻率的輸入輸出特性曲線的設置，數控裝置就可以方便而自由地控制主軸的速度。該特性曲線必須涵蓋電壓/電流信號、正/反作用、單/雙極性的不同配置，以滿足數控車床快速正/反轉、自由調速、變速切削的要求。

    3.主軸變頻器的基本選型

    目前較為簡單的一類變頻器是U/f控制，它就是一種電壓發生模式裝置，對調頻過程中的電壓進行給定變化模式調節，常見的有線性U/f控制（用于恒轉矩）和平方U/f控制（用于風機水泵變轉矩）。

    U/f控制的弱點在于低頻轉矩不夠（需要轉矩提升）、速度穩定性不好(調速范圍1：10)，因此在車床主軸變頻使用過程中被逐步淘汰，而矢量控制的變頻器正逐步推廣。在車床主軸控制中，矢量控制相對于U/f控制而言，其優點有：控制特性非常優良，可以與直流電機的電樞電流加勵磁電流調節相媲美；能適應要求高速響應的場合；調速范圍大(1：100)；可進行轉矩控制。

    當然矢量控制的變頻器結構復雜、計算繁瑣，而且必須存儲和頻繁地使用電動機的參數。矢量控制分無速度傳感器和有速度傳感器兩種方式，區別在于后者具有更高的速度控制精度(0.5‰)，而前者為(5‰)，但是在數控車床中無速度傳感器的矢量變頻器的控制性能已經符合控制要求，所以在很多應用場合中推薦使用無速度傳感器控制的矢量變頻器。