隨著高速切削、超高速切削技術(shù)以及切削刀具的發(fā)展，越來越多的機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)對高速數(shù)控機床的需求與日俱增。其中高速電主軸是數(shù)控機床高新技術(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)控機床產(chǎn)品核心功能部件之一。高速數(shù)控機床設(shè)計制造中，高速電主軸最為關(guān)鍵。

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

這些公司生產(chǎn)的電主軸較之國內(nèi)生產(chǎn)的有以下幾個特點:功率大、轉(zhuǎn)速高；采用高速、高剛度軸承，國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靜壓軸承，特殊場合采用空氣潤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)子自動平衡系統(tǒng)、軸承油氣潤滑與精密控制系統(tǒng)、定轉(zhuǎn)子冷卻溫度精密控制系統(tǒng)和主軸變形溫度補償精密控制系統(tǒng)等。在此基礎(chǔ)之上，這些外國廠家如美國、日本、德國、意大利和瑞士等工業(yè)發(fā)達國家已生產(chǎn)了多種商品化高速機床。

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

根據(jù)實際使用的需要，多數(shù)數(shù)控機床需要同時能夠滿足低速粗加工時的重切削、高速切削時精加工的要求。因此，機床電主軸應(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CYTEC的數(shù)控銑床和車床用電主軸的最大轉(zhuǎn)矩更是達到了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到65 kW（S1），用于航空器制造和模具加工；更有電主軸功率達到80 kW的報道。

用戶對數(shù)控機床的精度和使用可靠性提出了越來越高的要求，作為數(shù)控機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越高。如主軸徑向跳動在0.001 mm以內(nèi)、軸向定位精度在0.5 μm以下。同時，由于采用了特殊的精密主軸軸承、先進的潤滑方法以及特殊的預(yù)負荷施加方式，電主軸的壽命相應(yīng)得到了延長，其使用可靠性越來越高。Step—Tec的電主軸還加裝了加速度傳感器，降低軸承振動加速度水平，為了監(jiān)視和限制軸承上的振動，安裝了振動監(jiān)測模塊，以延長電主軸工作壽命。

為滿足實際應(yīng)用的需要，電主軸電動機的性能得到了改善，如瑞士FISCHER主軸電動機輸出的恒轉(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）達到了l：14。此外，出現(xiàn)了永磁同步電動機電主軸，與相同功率的異步電動機電主軸相比，同步電動機電主軸的外形尺寸小，有利于提高功率密度，實現(xiàn)小尺寸、大功率。

為縮短輔助時間，提高效率，要求數(shù)控機床電主軸的啟、停時間越短越好，因此需要很高的啟動和停機加（減）速度。目前，國外機床電主軸的啟、停加速度可達到lg以上，全速啟、停時間在l s以內(nèi)。

除了常規(guī)的鋼制滾動軸承外，近年來陶瓷球混合軸承越來越得到廣泛的應(yīng)用，潤滑方式有油脂、油霧和油氣等，尤其是油氣潤滑方法（又稱Oil-air），由于具有適應(yīng)高速、環(huán)保節(jié)能的特點，得到越來越廣泛的推廣和應(yīng)用；滾動軸承的預(yù)負荷施加方式除了剛性預(yù)負荷（又稱定位預(yù)負荷）、彈性預(yù)負荷（又稱定壓預(yù)負荷）之外，又發(fā)展了一種智能預(yù)負荷方式，即利用液壓油缸對軸承施加預(yù)負荷，并且可以根據(jù)主軸的轉(zhuǎn)速、負載等具體工況控制預(yù)負荷的大小，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Ingersoll等）等已經(jīng)有系列商品供應(yīng)市場。

機床主軸高速化后，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)和動態(tài)聯(lián)接剛性、大的傳遞轉(zhuǎn)矩能力、高的刀具重復定位精度和聯(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、德國的CYTEC和意大利CAMFIOR等）。近年來由SANDVIK公司提出的Capto刀具接口也開始在機床行業(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，缺點是主軸軸端內(nèi)孔加工困難較大，工藝比較復雜。

在多功能方面，有角向停機精確定位（準停）、C軸傳動、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、軸向定位精密補償以及換刀自動動平衡技術(shù)等。在智能化方面，主要表現(xiàn)在各種安全保護和故障監(jiān)測診斷措施，如換刀聯(lián)鎖保護、軸承溫度監(jiān)控、電機過載和過熱保護、松刀時軸承卸荷保護、主軸振動信號監(jiān)測和故障異常診斷、軸向位置變化自動補償、砂輪修整過程信號監(jiān)測和自動控制以及刀具磨損和損壞信號監(jiān)控等，如Step-Tec電主軸安裝有診斷模塊，維修人員可通過紅外接口讀取數(shù)據(jù)，識別過載，統(tǒng)計電主軸工作壽命。