電主軸是將機(jī)床主軸功能與電機(jī)功能從結(jié)構(gòu)上融為一體的新型主軸部件，即將高速電機(jī)置于主軸部件內(nèi)部，通過控制系統(tǒng)，使主軸獲得所需的工作速度和扭矩，因而也被稱為內(nèi)裝式電主軸；它省去了皮帶、齒輪或聯(lián)軸器的傳動環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床主軸系統(tǒng)的“零傳動”，是數(shù)控機(jī)床傳動系統(tǒng)的重大變革；它克服了傳統(tǒng)機(jī)械主軸在高速下打滑、振動和噪聲大、慣量大等缺點(diǎn)，有效改善了主軸高速情況下的整體性能，具有機(jī)械主軸不可替代的優(yōu)越性：
第一，由于電主軸由內(nèi)裝式電機(jī)直接驅(qū)動，省去了中間變速和傳動裝置，具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、噪聲低、振動小和轉(zhuǎn)動慣量小等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)很高的速度、加速度及定角度的快速啟停，且動態(tài)精度和穩(wěn)定性更好，可滿足數(shù)控機(jī)床進(jìn)行高速切削和精密加工的需要；由于沒有中間傳動環(huán)節(jié)的外力作用，電主軸工作時運(yùn)行更加平穩(wěn)，主軸軸承所承受的動負(fù)荷較小，延長了其精度壽命；利用交流變頻和矢量控制技術(shù)，電主軸可在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無極變速，以適應(yīng)機(jī)床工作時各種工況和負(fù)載變化的需要。
第二，電主軸的電機(jī)內(nèi)藏式結(jié)構(gòu)使其從機(jī)床的傳動系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對獨(dú)立出來，形成一個功能相對完整的“主軸單元”，從而促進(jìn)了機(jī)床結(jié)構(gòu)的模塊化。電主軸廠商根據(jù)機(jī)床的用途、結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)等特征形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的產(chǎn)品，供機(jī)床制造商選用，改變了傳統(tǒng)機(jī)床廠商“大而全”的生產(chǎn)模式，縮短了機(jī)床的研發(fā)和生產(chǎn)周期，更加適應(yīng)快速多變的市場環(huán)境。此外，標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的電主軸產(chǎn)品易于形成專業(yè)化、規(guī)?；纳a(chǎn)能力，從而促進(jìn)制造成本的降低。
第三，某些高檔數(shù)控機(jī)床，如并聯(lián)運(yùn)動機(jī)床、五面體加工中心、小孔和微孔加工機(jī)床等，由于加工工藝和加工對象的特殊性，其對主軸的轉(zhuǎn)速、精度以及機(jī)床的結(jié)構(gòu)都有特殊要求。電主軸憑借一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計和高轉(zhuǎn)速、高精度的優(yōu)異性能，有效地實(shí)現(xiàn)了某些高檔數(shù)控機(jī)床的特殊要求。電主軸是數(shù)控機(jī)床三大高新技術(shù)之一（高速電主軸、數(shù)控系統(tǒng)、進(jìn)給傳動）。隨著數(shù)控技術(shù)及切削刀具的快速發(fā)展，越來越多的機(jī)械裝備都在向高速、高精、高效、高智能化發(fā)展，電主軸已成為最適宜高性能數(shù)控機(jī)床的核心功能部件之一，電主軸技術(shù)水平的高低和質(zhì)量的優(yōu)劣直接決定和影響著機(jī)床的品質(zhì)、性能、工作效率及運(yùn)行穩(wěn)定性。在部分領(lǐng)域用電主軸取代傳統(tǒng)機(jī)械主軸是機(jī)床工業(yè)發(fā)展的大趨勢。電主軸按采用的軸承類型可分為滾動軸承、氣浮軸承、液體滑動軸承和磁懸浮軸承等支承的電主軸，其中滾動軸承、氣浮軸承、液體滑動軸承是目前電主軸應(yīng)用最廣泛的軸承類型。其各自的優(yōu)缺點(diǎn)、技術(shù)難點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ρ热缦拢?/span>電主軸按采用的軸承類型分類
類型 | 優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) | 技術(shù)難點(diǎn) | 應(yīng)用領(lǐng)域 | |
滾動軸承電主軸（注） | 摩擦阻力小、功耗小、精度高、剛度高，成本相對較低，便于系列化和標(biāo)準(zhǔn)化承載能力強(qiáng)，可適用較大載荷 | 轉(zhuǎn)速相對較低，噪音大，對軸承轉(zhuǎn)速和壽命要求較高 | 主要技術(shù)難點(diǎn)在于提高精度壽命和可靠性。 | 應(yīng)用最廣泛，在數(shù)控雕銑機(jī)、PCB 成型機(jī)、加工中心、數(shù)控銑床、車床、內(nèi)圓磨床等領(lǐng)域應(yīng)用普遍。 | |
氣浮軸承電主軸 | 以“氣膜”作為支撐，結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小 回轉(zhuǎn)精度和極限轉(zhuǎn)速高于滾動軸承電主軸和液體滑動軸承電主軸 摩擦損耗較小，噪音低，熱穩(wěn)定性好，污染小、壽命長 | 承載能力較低 工藝要求高，維護(hù)和使用費(fèi)用較高 | 技術(shù)難點(diǎn)在于如何解決氣錘振動及高速時渦動的問題。 | 主要應(yīng)用于高精度、高轉(zhuǎn)速、輕載荷加工領(lǐng)域，如超精密數(shù)控機(jī)床、PCB 鉆孔機(jī)、小孔磨削、高光加工等。 | |
液體滑動軸承電主軸 | 以液態(tài)“油膜”作為支撐，具有顯著的“誤差均化效應(yīng)”和阻尼減振性 回轉(zhuǎn)精度高、剛度高、磨損小、壽命長 | 由于存在液體摩擦，驅(qū)動功率損失比滾動軸承大。 | 主要技術(shù)難點(diǎn)在于控制高速時主軸的溫升和熱變形。 | 主要應(yīng)用于重載大功率加工及精密、超精密機(jī)床。 | |
磁懸浮軸承電主軸 | 極限轉(zhuǎn)速高、無接觸、無摩擦、無損耗、壽命長 轉(zhuǎn)動時能夠自動平衡，沒有振動 不需潤滑和密封 能實(shí)現(xiàn)實(shí)時診斷和在線監(jiān)控 | 機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本極高，熱源多，對冷卻系統(tǒng)要求高 要求工作環(huán)境較為苛刻，使用和推廣難度大 | 技術(shù)難點(diǎn)在于如何提高動剛度和阻尼減振性能，在實(shí)現(xiàn)高速的同時保證高加工精度。 | 主要應(yīng)用于超高速加工領(lǐng)域。 |
注：滾動軸承根據(jù)滾動體可分為滾子軸承、滾珠軸承。目前滾動軸承電主軸一般采用滾珠軸承中的角接觸球軸承支撐。為簡化，本表滾動軸承電主軸特指角接觸球軸承電主軸（為滾珠電主軸的一種）。
電主軸按電機(jī)的類型可分為異步型電主軸和永磁同步型電主軸。其各自的優(yōu)缺點(diǎn)對比如下：
電主軸按電機(jī)的類型分類
類型 | 優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) |
異步型電主軸 | 當(dāng)前的高速電主軸，幾乎都是內(nèi)置異步交流感應(yīng)電動機(jī) 結(jié)構(gòu)較簡單，制造工藝相對成熟，安裝方便可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)節(jié) | 效率偏低，輸出功率偏小。 |
永磁同步型電主軸 | 轉(zhuǎn)矩密度高，轉(zhuǎn)動慣量小，動態(tài)響應(yīng)特性更好 | 主軸電機(jī)功率要求較高，用永磁同步電機(jī)的稀土材料成本過高。 |
噪音低，體積小，使用壽命長 | ||
啟動時電流無沖擊，負(fù)載變化時電流變化小 | ||
功率密度和效率較高 |
按照用途分類，電主軸主要分為加工中心用電主軸、數(shù)控車床用電主軸、磨削用電主軸、鉆削用電主軸、雕銑用電主軸和特殊用電主軸等六類，其主要應(yīng)用和特性如下表所示
電主軸按照用途分類
序號 | 用途 | 應(yīng)用 | 主要特性 |
1 | 加工中心用電主軸 | 數(shù)控銑床和加工中心機(jī)床 | 具備高速、高精度、低速大扭矩特性；具備自動松拉刀功能；具備準(zhǔn)速、準(zhǔn)停、零速鎖定功能。 |
2 | 數(shù)控車床用電主軸 | 數(shù)控車床 | 具備高速、高精度、低速大扭矩特性；前后主軸端能安裝相應(yīng)的動力卡盤或旋轉(zhuǎn)油缸，并實(shí)現(xiàn)自動松開與拉緊工件功能；具備定速性能以適應(yīng)螺紋車削。 |
3 | 磨削用電主軸 | 表面磨削加工機(jī)床 | 以恒轉(zhuǎn)矩電主軸為主；具備高速、高精度特性；具備高密封性。 |
4 | 鉆削用電主軸 | 鉆孔專用機(jī)床，包括印刷電路板鉆孔機(jī) | 軸向剛性高；具備高速、高精度特性；印刷電路板鉆孔用電主軸常用空氣動靜壓軸承（即氣浮軸承）。 |
5 | 雕銑用電主軸 | 用于復(fù)雜曲面加工的數(shù)控雕銑機(jī)床，包括木工機(jī)械 | 具備高速、高精度特性；換刀便捷；木工機(jī)械用電主軸一般使用空氣冷卻，具備高密封性。 |
6 | 特殊用電主軸 |
