一、結構組成
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電主軸是近幾年在數(shù)控機床領域出現(xiàn)的將機床主軸與主軸電機融為一體的新技術。高速數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)取消了帶輪傳動和齒輪傳動。機床主軸由內裝式電動機直接驅動，從而把機床主傳動鏈的長度縮短為零，實現(xiàn)了機床的"零傳動"。這種主軸電動機與機床主軸"合二為一"的傳動結構形式，使主軸部件從機床的傳動系統(tǒng)和整體結構中相對獨立出來，因此可做成"主軸單元"，俗稱"電主軸"(ElectricSpindle,Motor Spindle)。
電主軸是在數(shù)控機床領域出現(xiàn)的將機床主軸與主軸電機融為一體的新技術，電主軸它與直線電機技術、高速刀具技術一起，把高速加工推向一個新時代。電主軸是一套組件，它包括電主軸本身及其附件:電主軸、高頻變頻裝置、油霧潤滑器、冷卻裝置、內置編碼器、換刀裝置等。電動機的轉子直接作為機床的主軸，主軸單元的殼體就是電動機機座，并且配合其他零部件，實現(xiàn)電動機與機床主軸的一體化。
二、驅動方式
電主軸的電動機均采用交流異步感應電動機，由于是用在高速加工機床上，啟動時要從靜止迅速升速至每分鐘數(shù)萬轉乃至數(shù)十萬轉，啟動轉矩大，因而啟動電流要超出普通電機額定電流5~7倍。其驅動方式有變頻器驅動和矢量控制驅動器驅動兩種。變頻器的驅動控制特性為恒轉矩驅動，輸出功率與轉矩成正比。機床的變頻器采用先進的晶體管技術，可實現(xiàn)主軸的無級變速。機床矢量控制驅動器的驅動控制為在低速端為恒轉矩驅動，在中、高速端為恒功率驅動。
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電主軸具有結構緊湊、重量輕、慣性小、噪聲低、響應快等優(yōu)點，而且轉速高、功率大，簡化機床設計，易于實現(xiàn)主軸定位，是高速主軸單元中的一種理想結構。電主軸軸承采用高速軸承技術，耐磨耐熱，壽命是傳統(tǒng)軸承的幾倍。
三、高速電主軸在機床行業(yè)的應用
簡化結構，促進機床結構模塊化
電主軸可以根據(jù)用途、結構、性能參數(shù)等特征形成標準化、系列化產品，供主機選用，從而促進機床結構模塊化。
降低機床成本，縮短機床研制周期
一方面，標準化、系列化的電主軸產品易于形成專業(yè)化、規(guī)模化生產，還可以縮短機床研制周期，適應目前快速多變的市場趨勢。
改善機床性能，提高可靠性
采用電主軸結構的數(shù)控機床，由于結構簡化，傳動、連接環(huán)節(jié)減少，因此提高了機床的可靠性;技術成熟、功能完善、性能優(yōu)良、質量可靠的電主軸功能部件使機床的性能更加完善，可靠性得以進一步提高。
實現(xiàn)某些高檔數(shù)控機床的特殊要求
??有些高檔數(shù)控機床，如并聯(lián)運動機床、五面體加工中心、小孔和超小孔加工機床等，必須采用電主軸，方能滿足完善的功能要求。促進了高速切削技術在機械加工領域的廣泛應用電主軸系由內裝式電機直接驅動，以滿足高速切削對機床“高速度、高精度、高可靠性及小振動”的要求，與機床高速進給系統(tǒng)、高速刀具系統(tǒng)一起組成高速切削所需要的必備條件。電主軸技術與電機變頻、閉環(huán)矢量控制、交流伺服控制等技術相結合，可以滿足車削、銑削、鏜削、鉆削、磨削等金屬切削加工的需要。
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四、高速電主軸在機器人上的應用
隨著計算機技術的不斷向智能化方向發(fā)展，機器人應用領域的不斷擴展和深化以及機器人在FMS、CIMS系統(tǒng)中的群體應用，工業(yè)機器人也在不斷向智能化方向發(fā)展，以適應敏捷制造、滿足多樣化、個性化需求。目前，工業(yè)機器人已廣泛應用于汽車及汽車零部件制造業(yè)、機械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領域中。在工業(yè)生產中，弧焊機器人、點焊機器人、分配機器人、裝配機器人、噴漆機器人及搬運機器人等工業(yè)機器人都已被大量采用。
主軸與機械手臂完美結合，應用于合金材料、汽車后備箱SMC材料的切割、去毛刺、鉆孔及拋光，將主軸行業(yè)與工業(yè)自動化緊密的聯(lián)系在一起。
主軸前端裝入夾頭，用于銑削鉆，主軸的大扭力能輕松的切割較厚的合金板，通氣密封的功能解決了切削過程中產生大量的粉塵進入主軸的問題，切削過程中時常會用到切削液來冷卻刀具，IP57的防護等級完全避免了液體進入主軸的擔心，密封氣壓同時對主軸進行了冷卻，有利于主軸長時間的加工。
前端伸長40mm，機械手臂旋轉時可避開工裝器具，便于產品切割；選用了熱縮筒夾與之配套使用，節(jié)省了每次更換刀具重新對刀的時間，提高了工作效率。主軸功率達到5000W，強大的功率輸出，可加工的材料范圍擴大，自身重量3.5KG，輕巧便捷，采用HSK夾頭，精度高，夾持范圍可到達10mm，通氣自動換刀，提高了工作效率。主軸功率達到5000W，強大的功率輸出，可加工的材料范圍擴大，自身重量3.5KG，輕巧便捷，采用HSK夾頭，精度高，夾持范圍可到達10mm，通氣自動換刀，提高了工作效率。
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五、電主軸技術未來的發(fā)展趨勢
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繼續(xù)向高速度、高剛度方向發(fā)展
由于高速切削和實際應用的需要，隨著主軸軸承及其潤滑技術、精密加工技術、精密動平衡技術、高速刀具及其接口技術等相關技術的發(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轉速達到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。
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向高速大功率、低速大轉矩方向發(fā)展
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，機床電主軸應該具備低速大轉矩、高速大功率的性能。如意大利CAMFIOR、瑞士Step—Tec以及德國GMN等制造商生產的加工中心用電主軸，低速段輸出轉矩到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轉矩更是達到了630 N·m；在高速段大功率方面，一般在l0～50 kW；CYTEC電主軸的輸出功率為50 kW；瑞士Step—Tec電主軸的功率更是達到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。
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進一步向高精度、高可靠性和延長工作壽命方向發(fā)展
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、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負荷施加方式，電主軸的壽命相應得到了延長，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。
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電主軸內裝電動機性能和形式多樣化
為滿足實際應用的需要，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矩高轉速與恒功率高轉速之比（即恒功率調速范圍）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。
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快速啟動、停止響應速度加快
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。
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軸承及其預載荷施加方式、潤滑方式多樣化
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），由于具有適應高速、環(huán)保節(jié)能的特點，得到越來越廣泛的推廣和應用；滾動軸承的預負荷施加方式除了剛性預負荷（又稱定位預負荷）、彈性預負荷（又稱定壓預負荷）之外，又發(fā)展了一種智能預負荷方式，即利用液壓油缸對軸承施加預負荷，并且可以根據(jù)主軸的轉速、負載等具體工況控制預負荷的大小，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)有系列商品供應市場。
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刀具接口逐步趨于HSK、Capto刀柄技術
機床主軸高速化后，由于離心力作用，傳統(tǒng)的CAT（7：24）刀柄結構已經(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)得到應用，其基本原理與HSK接口相似，但傳遞轉矩的能力稍大一些，缺點是主軸軸端內孔加工困難較大，工藝比較復雜。
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向多功能、智能化方向發(fā)展
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、低速轉矩放大、軸向定位精密補償以及換刀自動動平衡技術等。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。
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六、 主軸部分常見故障
1．故障現(xiàn)象：主軸異響嚴重；轉數(shù)高時有噪聲；溫升比較高。
原因分析：
①可能主軸軸承研傷或損壞；
②可能主軸潤滑不好，造成缺油；或潤滑油臟或有雜質；
③可能隔環(huán)端面有臟物；
④可能主軸軸承的預緊力過大。
⑤可能皮帶位置和張力不合適；
⑥主軸部件動平衡不好；
解決辦法：
①更換主軸軸承；
②適當加主軸油；更換新油，保證主軸的清潔；
③拆下主軸后，把隔環(huán)進行清洗；
④重新調整預緊力；
⑤重新調整皮帶位置和張力；
⑥重新調整動平衡；
2．故障現(xiàn)象：主軸有異響，用手旋轉時費力，有明顯的卡塞感覺。
原因分析：可能鎖緊汽缸打刀撞塊的螺釘松動造成撞塊松動，使得鎖緊蝶 簧螺母與撞塊之間沒有間隙，從而產生摩擦。 、
解決辦法：緊固松動的螺母，使兩者之間的間隙合適。
3.? 故障現(xiàn)象：在切削過程中，振動大。
原因分析：
①可能主軸軸承拉毛或損壞；
②軸承預緊螺母松動造成主軸有竄動；
③軸承預緊力不夠、間隙過大；
④其他因素；
解決辦法：
①更換軸承；
②緊固螺母，確保主軸精度合格；
③重新調整軸承間隙，但預緊力不要過大；
④檢查刀具或改變切削參數(shù)。
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八、 主要分類及共性
1.電主軸分類：
1.車削主軸? ? ? ? ?2.銑削主軸? ? ? ? 3.磨削主軸
2.結構共同點：
拉刀機構包含（拉力傳感器、拉刀傳感器、松刀傳感器，拉桿、卡爪、碟簧）。
潤滑機構（脂潤滑6000轉以內，油霧潤滑20000轉以內，油氣潤滑20000轉以上）。
冷卻機構（風冷、自冷、油冷）。
功能機構，旋轉單元（易跳減沖）。
軸承（陶瓷球軸承，組合方式：前四后一、前二后二、前三后一等，軸承與軸承之間有? ? ? 隔環(huán)、組裝時軸承位讓位于軸承）。
3.結構不同點：
編碼器（齒輪磁柵式），中心出水
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