随着高速加工技术的广泛应用和迅速发展,对高转速、高精度数控机床电主轴的需求与日俱增,因此迫切需要开发出更加优质的高速电主轴。众所周知,影响电主轴高转速的主要因素就是主轴的支承技术,磁悬浮轴承的问世解决了这一问题。目前实现5个自由度稳定悬浮的电主轴一般是由2个径向磁轴承+1个轴向磁轴承+电机构成或是由1个混合磁轴承+1个径向磁轴承+电机构成,这类结构的电主轴虽然实现了5个自由度的悬浮,但其轴向长度过长,影响着电主轴的临界转速,阻尼刚度等性能,为了解决上述问题,本文采用三自由度混合磁轴承+二自由度磁悬浮异步电机的结构来实现主轴5个自由度的稳定悬浮,此结构的电主轴,不仅大大减小了系统的轴向长度,而且还继承了磁轴承与异步电机的所有优点,其结构简单、气隙均匀、牢固可靠、便于弱磁调速,更加有利于实现电主轴系统的超高速运行。基于此,本文设计了五自由度磁悬浮电主轴的实验样机以及数字控制系统,主要研究工作如下:　　 首先,介绍了五自由度磁悬浮电主轴由永磁偏置三自由度混合磁轴承和二自由度磁悬浮异步电机两部分构成,详细分析了这两部分的结构及运行机理,并建立了各自的数学模型,为控制系统的设计奠定了理论基础。　　 其次,设计了五自由度磁悬浮电主轴的实验样机,使用电磁场分析软件Ansoft／Maxwell分析了样机的磁场和悬浮力,针对悬浮力的非线性和耦合性进行了分析,验证了所设计样机结构和参数的合理性,随后在Matlab／Simulink环境下构建了控制系统的仿真模型,并进行了相关的仿真研究。　　 最后,基于TI公司的TMS320F2812芯片设计了五自由度磁悬浮电主轴的数字控制系统,为开展五自由度磁悬浮电主轴系统的实验研究打下了基础。