数控机床对主轴驱动的要求是：电动机的输出功率要大，调速范围要大，而且速度要非常稳定，不可以一会快、一会慢，影响加工质量，特别希望能恒功率输出。为了提高生产效率，希望主轴的加减速时间短、振动要小、噪声也小，电动机寿命长、温升低、体积小、重量轻、容易维修。

直流主轴电动机一般不是永磁的，主要是由于当时的永磁性能还没有今天这么好，而又希望它的输出功率特别大，所以磁场是电磁式的。因此，直流主轴电动机结构与普通电动机的结构基本相同。它是由定子与转子组成的，转子由转子绕组与换向器组成，定子由主磁极与换向极组成。有的主轴电动机在定子上除了有主励磁绕组、换向绕组之外，为了

改善换向还加了补偿绕组。

从表面看主轴电动机与普通电动机相同，但实际上是不相同的。它主要是在很宽的范围内调速，又要求过载能力强，所以，在结构上应是加强强度的结构，为了提高过载能力，一方面要提高结构的机械强度，另一方面要采取尽可能完善的换向措施。尤其是主轴电动机还要经常正反转与立即停车，这些都是非常苛刻的工作条件，主轴电动机满足这些方面的要求，在换向器上也要采取加强的措施。总之，主轴电动机与一般直流电动机不同，一般直流电动机用在主轴上，寿命是不会太长的。

主轴电动机的另一个特点就是加强了冷却的措施。采用强迫通风冷却或采用热管冷却技术，能防止电动机把热量传到主轴上，引起主轴变形。

主轴电动机的外壳一般均采用密封式结构，以适应加工过程中铁屑、油、冷却液的侵蚀。电动机的尾部安装速度反馈元件。如测速发电机或者是光电编码器。主轴电动机在额定转速以下是恒转矩调节，也就是由加在主轴电动机电枢上的电压来调节转速。在额定转速以上采用恒功率调节，也就是改变励磁电压，进行弱磁调速。而恒转矩速度范围与恒功率速度范围之比，一般为1:2。直流主轴过载能力是非常重要的一个参数，因为在加工中由于材料的不均匀性，一定要求主轴有较高的过载能力，大多数是1.5倍左右，也就是连续的额定电流的1.5倍，各生产厂之间的过载时间差别很大，从1min到30min不等。

直流主轴控制系统类似于直流速度控制系统，是由速度环和电流环构成的双环速度控制系统，用它来控制加在主轴电动机电枢的端电压，控制回路的主回路采用双反并联可逆控制电路。因为主轴电动机容量较大，主回路的功率开关元件多采用晶闸管。

关键问题是磁场控制问题，主轴电动机除了要在额定转速以下调速之外，还要在额定转速以上调速，这就是弱磁调速，如图3-7所示。

主轴电动机是一个他励式电动机，它的电枢绕组与励磁绕组是无任何联系的，因此，励磁绕组要单独供电，并可以进行电压的调节。励磁电流设定回路、电枢电压反馈回路及励磁电流反馈回路三者的输出信号，经比较之后输入给比例积分放大器进行调节。根据调节器输出电压的大小，经电压/相位变换器，来决定晶闸管控制极的触发脉冲相位，从而控制励磁绕组电流的大小，完成恒功率控制的调速。

一般来说，采用了主轴电动机直流控制系统之后，只需二级机械变速，就可以满足般数控机床的变速要求。