磁悬浮电主轴与一般主轴相比,由于其转子与定子之间不存在机械接触,转子可以达到很高的转速,几乎没有磨损,寿命长、能耗低、噪音小,无需润滑,具有明显的优越性,是目前的一个研究热点.本文以一磁悬浮铣削电主轴为研究对象,提出系统方案,并重点分析其动力学性能,为实际应用提供理论依据.本文提出了采用包括主动磁悬浮轴承、内装式高速电机、水冷却装置、HSK刀柄接口和辅助支承等在内的磁悬浮铣削电主轴设计方案,重点分析了径向和推力磁轴承以及转轴的结构设计问题,给出了其设计方法和要点,并给出了系统中转轴、高速电机和磁轴承等的设计参数.在分析了磁轴承刚度阻尼特性的基础上,分别建立了磁轴承—刚性和柔性转子系统的数学模型,并在三类不同的控制参数下进行了动力学性能计算分析.通过计算结果的分析可以看出:在转子跨越多阶临界转速的情况下,本刚性转子模型计算结果相对柔性转子模型计算误差不大,在低转速范围内刚性模型对于计算低阶临界转速具有一定的适用性,但由于变量限制计算所得临界转速阶数有限,在这种情况下不适宜用刚性转子模型来计算其动力学性能;该系统的第五、六阶临界转速主要受转子影响,而除此以外的低阶和部分高阶临界转速则主要由控制器输出的刚度特性决定;通过改变磁轴承结构和控制器参数来改变这些临界转速的大小,从而可以改善系统的动力学性能,实现在工作转速下具有较高的动态回转精度.该磁轴承转子系统在低频段的振动模态为刚性摆动,而在高频段为弯曲振动模态.磁轴承转子系统的振动模态分析可以为传感器的安装位置和控制器的参数设计提供理论依据.研究了磁轴承PWM调制开关功放,针对以往PWM调制开关功放的不足,对电路中的三角波电路和比较电路等作了改进,提高了系统的可靠性和输出精度;设计了反馈支路补偿环节,提高了功放的带宽,为转子在工作转速下的稳定运转提供了保障.