隨著高速切削、超高速切削技術(shù)以及切削刀具的發(fā)展，越來(lái)越多的機(jī)械制造裝備都不斷地向高速、高精、高效以及高智能化轉(zhuǎn)變，各行業(yè)對(duì)高速數(shù)控機(jī)床的需求與日俱增。其中高速電主軸是數(shù)控機(jī)床高新技術(shù)之一，其內(nèi)置電主軸直驅(qū)單元已經(jīng)成為最適宜高性能工況的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品核心功能部件之一。高速數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)制造中，高速電主軸最為關(guān)鍵。

目前國(guó)外從事高速數(shù)控機(jī)床電主軸研發(fā)與生產(chǎn)的企業(yè)主要包括德國(guó)GMN、西門(mén)子、瑞士IBAG、美國(guó)Setco、意大利Omlet、Faemat、Gamfior以等公司的技術(shù)代表了這個(gè)領(lǐng)域的最高水平，國(guó)內(nèi)的部分企業(yè) 昊志 瑞德沃斯 品牌也慢慢做起來(lái)，有了一定市場(chǎng)。

這些公司生產(chǎn)的電主軸較之國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的有以下幾個(gè)特點(diǎn):功率大、轉(zhuǎn)速高；采用高速、高剛度軸承，國(guó)外高速精密主軸上采用高速、高剛度軸承，主要有陶瓷軸承和液體動(dòng)靜壓軸承，特殊場(chǎng)合采用空氣潤(rùn)滑軸承和磁懸浮軸承；精密加工與精密裝配工藝水平高；配套控制系統(tǒng)水平高，這些控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)子自動(dòng)平衡系統(tǒng)、軸承油氣潤(rùn)滑與精密控制系統(tǒng)、定轉(zhuǎn)子冷卻溫度精密控制系統(tǒng)和主軸變形溫度補(bǔ)償精密控制系統(tǒng)等。在此基礎(chǔ)之上，這些外國(guó)廠家如美國(guó)、日本、德國(guó)、意大利和瑞士等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已生產(chǎn)了多種商品化高速機(jī)床。

由于高速切削和實(shí)際應(yīng)用的需要，隨著主軸軸承及其潤(rùn)滑技術(shù)、精密加工技術(shù)、精密動(dòng)平衡技術(shù)、高速刀具及其接口技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床用電主軸高速化已成為目前發(fā)展的普遍趨勢(shì)，如鉆、銑用電主軸，瑞士IBAG的HF42的轉(zhuǎn)速達(dá)到140 000 r/min、英國(guó)WestWind公司的PCB鉆孔機(jī)電主軸D1733更是達(dá)到了250 000 r/min；加工中心用電主軸，瑞士FISCHER最高轉(zhuǎn)速達(dá)到42 000 r/min，意大利CAMFIOR達(dá)到了75 000 r/min。在電主軸的系統(tǒng)剛度方面，由于軸承及其潤(rùn)滑技術(shù)的發(fā)展，電主軸的系統(tǒng)剛度越來(lái)越大，滿足了數(shù)控機(jī)床高速、高效和精密加工發(fā)展的需要。

根據(jù)實(shí)際使用的需要，多數(shù)數(shù)控機(jī)床需要同時(shí)能夠滿足低速粗加工時(shí)的重切削、高速切削時(shí)精加工的要求。因此，機(jī)床電主軸應(yīng)該具備低速大轉(zhuǎn)矩、高速大功率的性能。如意大利CAMFIOR、瑞士Step—Tec以及德國(guó)GMN等制造商生產(chǎn)的加工中心用電主軸，低速段輸出轉(zhuǎn)矩到200 N·m以上的已經(jīng)不是難事，德國(guó)CYTEC的數(shù)控銑床和車(chē)床用電主軸的最大轉(zhuǎn)矩更是達(dá)到了630 N·m；在高速段大功率方面，一般在l0～50 kW；CYTEC電主軸的最大輸出功率為50 kW；瑞士Step—Tec電主軸的最大功率更是達(dá)到65 kW（S1），用于航空器制造和模具加工；更有電主軸功率達(dá)到80 kW的報(bào)道。

用戶(hù)對(duì)數(shù)控機(jī)床的精度和使用可靠性提出了越來(lái)越高的要求，作為數(shù)控機(jī)床核心功能部件之一的電主軸，要求其本身的精度和可靠性隨之越來(lái)越高。如主軸徑向跳動(dòng)在0.001 mm以?xún)?nèi)、軸向定位精度在0.5 μm以下。同時(shí)，由于采用了特殊的精密主軸軸承、先進(jìn)的潤(rùn)滑方法以及特殊的預(yù)負(fù)荷施加方式，電主軸的壽命相應(yīng)得到了延長(zhǎng)，其使用可靠性越來(lái)越高。Step—Tec的電主軸還加裝了加速度傳感器，降低軸承振動(dòng)加速度水平，為了監(jiān)視和限制軸承上的振動(dòng)，安裝了振動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊，以延長(zhǎng)電主軸工作壽命。

為滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，電主軸電動(dòng)機(jī)的性能得到了改善，如瑞士FISCHER主軸電動(dòng)機(jī)輸出的恒轉(zhuǎn)矩高轉(zhuǎn)速與恒功率高轉(zhuǎn)速之比（即恒功率調(diào)速范圍）達(dá)到了l：14。此外，出現(xiàn)了永磁同步電動(dòng)機(jī)電主軸，與相同功率的異步電動(dòng)機(jī)電主軸相比，同步電動(dòng)機(jī)電主軸的外形尺寸小，有利于提高功率密度，實(shí)現(xiàn)小尺寸、大功率。

為縮短輔助時(shí)間，提高效率，要求數(shù)控機(jī)床電主軸的啟、停時(shí)間越短越好，因此需要很高的啟動(dòng)和停機(jī)加（減）速度。目前，國(guó)外機(jī)床電主軸的啟、停加速度可達(dá)到lg以上，全速啟、停時(shí)間在l s以?xún)?nèi)。

除了常規(guī)的鋼制滾動(dòng)軸承外，近年來(lái)陶瓷球混合軸承越來(lái)越得到廣泛的應(yīng)用，潤(rùn)滑方式有油脂、油霧和油氣等，尤其是油氣潤(rùn)滑方法（又稱(chēng)Oil-air），由于具有適應(yīng)高速、環(huán)保節(jié)能的特點(diǎn)，得到越來(lái)越廣泛的推廣和應(yīng)用；滾動(dòng)軸承的預(yù)負(fù)荷施加方式除了剛性預(yù)負(fù)荷（又稱(chēng)定位預(yù)負(fù)荷）、彈性預(yù)負(fù)荷（又稱(chēng)定壓預(yù)負(fù)荷）之外，又發(fā)展了一種智能預(yù)負(fù)荷方式，即利用液壓油缸對(duì)軸承施加預(yù)負(fù)荷，并且可以根據(jù)主軸的轉(zhuǎn)速、負(fù)載等具體工況控制預(yù)負(fù)荷的大小，使軸承的支承性能更加優(yōu)良。在非接觸形式軸承支承的電主軸方面，如磁浮軸承、氣浮軸承電主軸（瑞士IBAG等）、液浮軸承電主軸（美國(guó)Ingersoll等）等已經(jīng)有系列商品供應(yīng)市場(chǎng)。

機(jī)床主軸高速化后，由于離心力作用，傳統(tǒng)的CAT（7：24）刀柄結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足使用要求，需要采用HSK（1：10）等其它符合高速要求的刀柄接口形式。HSK刀柄具有突出的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)聯(lián)接剛性、大的傳遞轉(zhuǎn)矩能力、高的刀具重復(fù)定位精度和聯(lián)接可靠性，特別適合在高速、高精度情況下使用。因此，HSK刀柄接口已經(jīng)廣泛為高速電主軸所采用（如瑞士的IBAG、德國(guó)的CYTEC和意大利CAMFIOR等）。近年來(lái)由SANDVIK公司提出的Capto刀具接口也開(kāi)始在機(jī)床行業(yè)得到應(yīng)用，其基本原理與HSK接口相似，但傳遞轉(zhuǎn)矩的能力稍大一些，缺點(diǎn)是主軸軸端內(nèi)孔加工困難較大，工藝比較復(fù)雜。

在多功能方面，有角向停機(jī)精確定位（準(zhǔn)停）、C軸傳動(dòng)、換刀中空吹氣、中空通冷卻液、軸端氣體密封、低速轉(zhuǎn)矩放大、軸向定位精密補(bǔ)償以及換刀自動(dòng)動(dòng)平衡技術(shù)等。在智能化方面，主要表現(xiàn)在各種安全保護(hù)和故障監(jiān)測(cè)診斷措施，如換刀聯(lián)鎖保護(hù)、軸承溫度監(jiān)控、電機(jī)過(guò)載和過(guò)熱保護(hù)、松刀時(shí)軸承卸荷保護(hù)、主軸振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)和故障異常診斷、軸向位置變化自動(dòng)補(bǔ)償、砂輪修整過(guò)程信號(hào)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制以及刀具磨損和損壞信號(hào)監(jiān)控等，如Step-Tec電主軸安裝有診斷模塊，維修人員可通過(guò)紅外接口讀取數(shù)據(jù)，識(shí)別過(guò)載，統(tǒng)計(jì)電主軸工作壽命。