电主轴在国内使用越来越广泛，20世纪60年代，我国电主轴行业处于萌芽期，主要仿制欧美及前苏联样机。国内形成以洛阳轴承研究所，哈、瓦、洛三大轴承厂与上海微型轴承厂为主体的开发试制电主轴的实体。20世纪70年代，我国第一代自行设计、自行开发的磨床用电主轴问世，轴承行业称之为DZ系列。20世纪80年代，以GDZ系列和4SD系列电主轴为代表的高速、大功率电主轴问世。此时电主轴行业逐渐形成技术优势占领先地位的洛阳轴承研究所，以配套机床为主的无锡机床厂和安阳莱必泰三家电主轴专业生产厂。20世纪90年代，洛阳轴承研究所开发了2GDZ系列超大功率、超大刚度磨床用电主轴，无锡机床厂开发了5SD系列磨床用电主轴，近年来，随着油气技术、恒温冷却和陶瓷球轴承等新技术的发展为电主轴技术水平的提高创造了有利条件。现在电主轴正朝着超高速，高精度的方向发展，空气电主轴，磁悬浮电主轴都是研究的方向。目前国内电主轴产品涵盖内外表面磨削、高速数控铣、高速雕铣、加工中心、PCB板数控钻铣、高速数控车、高速离心、高速旋碾、高速试验等领域。

　　1、何为电主轴

　　电主轴是在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，高速数控机床主传动系统取消了带轮传动和齿轮传动，机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的"零传动"，这种主轴电动 机与机床主轴"合二为一"的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相 对独立出来，因此可做成"主轴单元"，俗称"电主轴"。电主轴在英文中有多种称谓，如Electric-spindle, Electro-spindle, Motor Spindle和Motorized Spindle等;由于电主轴可采用交流高频电动机作为动力源，故也称为“高频主轴”(High Frequency Spindle);由于没有中间传动环节，有时又称为“直接传动主轴”(Direct Drive Spindle);由于电动机装在主轴内部又称为“内装式电动机主轴”(Build-in Motor Spindle)。

　　2、电主轴的基本构成

　　高速电主轴由动力源(电动机转子和定子)、主轴(转轴)、前后轴承、冷却套、主轴单元外壳、各种连接装置以及刀具接口等基本机械部件组成。电主轴采用无外壳电动机，且电动机内置，其转子采用过盈配合的方式热装在主轴零件上，与主轴做成一体， 主轴则由前后轴承支承，由压配合产生的摩擦力来实现大转矩的传道。压配谷取清了主轴上一切形式的键联接和螺纹联接，能够使主轴运转部分达到精确的动平衡。电动机定子压装在冷却套内，并通过冷却套固装在电主轴的壳体内。因此，电动机转子直接作为机床的主轴，主轴单元的外壳体就是电动机机座。在主轴的后端装有测速、测角位移传感器( 旋转编码器)，以实现电动机的全闭环控制。主轴前端外伸部分的内锥孔和端面用于安装和固定可换的刀柄。电源接口用于与驱动器的电气连接。通电后转子可以直接带动主轴旋转，主轴的转速用电动机的变频调速与矢量控制装置来改变。

　　3、电主轴的发展趋势

　　电主轴总体发展趋势为：大功率、高转速、高主轴回转精度。

　　大功率：电主轴向高速大功率、低速大扭矩方向发展。根据实际应用的需要，多数数控机床需要能够同时满足低速粗加工时的重切削、高速切削时精加工的要求，因此电主轴应具备低速大扭矩、高速大功率的性能。

　　高转速：电主轴继续向高速度、高刚性发展。在电主轴轴承及其润滑技术、精密加工技术、精密动平衡技术等不断发展的背景下，数控机床电主轴高速化已成为目前发展的普遍趋势。在刚性方面，由于轴承及其润滑技术的发展，电主轴的系统刚度越来越大，满足了数控机床高速、高效和精密加工发展的需要。

　　高精度：电主轴进一步向高精度、高可靠性和长寿命方向发展。由于终端用户对数控机床的精度和可靠性提出了越来越高的要求，相应地对电主轴的精度与可靠性的要求也不断提高。同时，由于采用了特殊的精密轴承、先进的润滑方法以及特殊的预负荷施加方式，电主轴的寿命相应得到了延长，其使用可靠性也越来越高。

　　4、电主轴的重要性

　　装备制造业是国民经济的支柱产业，机床工业更是装备制造业的基石，所有的有精度要求的零件设备都需要有机床才能加工出来。机床主轴的旋转都是由电机带动的，传统机床都是一台异步电机通过皮带轮驱动齿轮箱的输入轴，机床通过齿轮箱齿轮啮合的变换来实现电机主轴的调速。电主轴是高精密机床的核心功能部件，电机转子直接安装刀具，省去了中间皮带轮和齿轮箱的传动环节，其功能是带动刀具或工件旋转，实现高速高效精密加工。机床主轴的性能很大程度上决定了机床的加工效率和加工质量，对机床性能具有至关重要的影响。

　　5、电主轴如何选择

　　选择电主轴需依据场所需求，找到适合的电主轴产品。

　　一定要关注电主轴应用场所，不同的应用场合的接口是不同的，另外要弄清楚工况的功率要求，以及在此功率下对应的转速;

　　刀具的接口一定要明确，一般情况下固定接口转速只能在指定的电主轴使用。

　　如果要更高转速的电主轴，刀具接口需要选择相应的等高速刀具接口，数控铣削电主轴上配用的弹簧夹头也是有一定的许用最高转速的;

　　磨用电主轴一般都是横扭矩设计的电机，电机的最高转速和功率以及电压的关系是等比关系，电压和功率随电主轴转速的增加线性增加，表示电流维持基本恒定不变，由于转矩和电流的关系是线性关系，所以称这种制式的电主轴为恒转矩制电机。

　　6、电主轴的结构形式

　　根据电动机在主轴上安装位置的不同，电主轴通常有下面两种结构形式：电动机安装在主轴前后轴承之间。即该类电主轴有前后两个支承。采用这种结构的电主轴，由于其轴向尺寸相对较小，使得主轴的整体刚性好、功率也大。所以，这种结构形式的电主轴非常适用于高速数控机床。电动机安装在主轴后轴承之后。也就是说主轴电动机和主轴箱都在主轴的轴线方向上布置。采用这种结构的优点是可以有效地缩短主轴前端的径向尺寸，同时还有利于电机的散热。缺点是主轴的轴向尺寸比较大。所以，这种结构形式的电主轴通常用在小型高速数控机床上。

　　7、主轴电机

　　电动机作为高速电主轴的关键部件之一，其技术参数的高低直接决定了电主轴的技术水平。目前，可供电主轴使用的电动机主要有两种：交流同步电机和异步电机。交流异步电机与同步电机相比，具有以下优点：价格适宜、极限转速高、维修便利、控制系统简单。

　　交流同步电机与异步电机相比，具有的优点是：在相同的扭矩下，电机体积较小，从而可以使电主轴具有紧凑型的机械结构;在相同的惯性矩下，启动时间短;在相同的力矩下，冷却功率较高;在相同的转速下，功率和扭矩都比较大;转子功率损耗小，可以使轴承和转子的温升较小。

　　通过对二者优点的对比可知，同步电机更适用于高速电主轴。由于同步电机的功率因数高，损耗的功率小，可以从根本上降低电主轴的热源强度，从而有效地改善电主轴的热态性能。

　　8、主轴轴承

　　轴承作为高速电主轴的又一关键部件，是电主轴实现高速、高精度的前提条件。因此，我们在为电主轴选择合适的轴承时，要充分考虑到主轴轴承与普通轴承的差异性。主轴轴承作为电主轴的支承核心，在电主轴进行高速运转时，会受到比较大的载荷，同时轴承内部的摩擦也在加剧。所以，在选择电主轴轴承的时候，必须考虑该轴承是否能达到电主轴的极限转速，同时对轴承的刚度和低温升也有极高的要求。在综合分析各种轴承的性能之后，总结出两种电主轴最常使用的轴承：陶瓷球轴承和磁悬浮轴承。

　　9、陶瓷球轴承

　　陶瓷球轴承，是伴随着电主轴的高速化要求而发展起来的。普通的滚动轴承，由于其滚动体是钢珠，极大地制约了轴承转速的提高，而将滚动轴承的滚动体用具有耐高温、密度小等优点的陶瓷材料做成后，滚动轴承的极限转速得到了巨大的提高。在滚动轴承众多的结构形式中，由于角接触球轴承的高速性能最高，又可以同时承受径向负荷和轴向负荷，所以它是电主轴支承的首选。与此同时，当角接触球轴承的滚动体使用陶瓷材料后，其寿命和转速与钢珠角接触球轴承相比均有较大幅度的提高，而且它还具有刚度大、温升小的优点。所以角接触陶瓷球轴承是目前电主轴最理想的主轴轴承。

　　10、磁悬浮轴承

　　磁悬浮轴承，作为一种智能化控制的轴承，是随着现代机械加工对电主轴功率和转速要求提高的基础上产生的，由于它具有很高的转速和功率，目前主要应用于超高速大功率机床上。由于磁悬浮轴承的定子线圈与转轴之间没有机械接触，所以磁悬浮轴承可以达到很高的转速，大约是滚动轴承主轴转速的 2 倍。如果两个电主轴的极限转速相同，采用磁悬浮轴承的电主轴可以有较大的轴径，从而具有较大的负荷能力与刚度。总而言之，使用磁悬浮轴承的电主轴会具备高刚度、高转速和高功率的优点。但是，由于磁悬浮轴承制造费用高，发热问题较难解决。所以至今仍没在工业上得到推广和应用，只是用于一些特定的场合。

　　电主轴轴承的配置方式为：一端固定，一端浮动。具体来说，就是主轴前端的轴承固定，后端的轴承浮动。这种轴承的配置方式一方面可以保证电主轴的高速性与整体刚度，另一方面可以补偿主轴的热变形。

　　11、电主轴润滑

　　轴承润滑的主要目的就是利用润滑剂在套圈、滚动体和保持架之间的摩擦面形成起隔离作用的润滑油膜以降低轴承的磨损与摩擦，确保其良好的运转。与此同时，润滑对轴承还具有一定的散热作用。

　　12、电主轴冷却系统

　　由于电主轴在高速的运转过程中，其内置电机与高速轴承的发热是无法避免的。因此，在选定了电主轴的电机与轴承之后，我们已不可能从降低热源的发热强度来实现对电主轴发热和温升的控制。所以，为了达到对电主轴内部热源发热量的控制，必须设计专门的冷却系

　　统对电主轴的主要热源进行针对性的冷却。我们知道，电机与轴承是电主轴的主要热源，因此，对电主轴的冷却就是对内置电机和主轴轴承的冷却。由于高速轴承油气润滑系统中的润滑剂在对轴承起到润滑作用的同时，也带走了轴承内部摩擦所产生的大量热，所以对轴

　　承的发热起到了一定程度的散热作用。其实轴承的油气润滑系统可谓是一举两得，不仅有润滑作用，同时也拥有冷却散热的作用，也是电主轴轴承的一个冷却系统。