即主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动装置。电主轴中，电动机的转子直接作为机床的主轴，壳体即为电动机机座。机床主轴由内装式电动机直接驱动，取消了传统主轴中的带轮、齿轮等机械传动装置，使得机床主轴的机械结构得到极大简化，实现了机床主传动链的“零传动”，使主轴部件从机床的传动系统和机械结构中相对独立出来，形成“主轴单元”。由于没有中间传动环节，因此有时又被称为直接驱动主轴。为满足高速要求，电主轴通常采用交流高频电动机，又称为高频主轴。

电主轴具有结构紧凑、质量轻、惯性小、噪声低、响应快、转速高和功率大等优点，简化了机床结构设计，并易于实现主轴定位，是高速机床的一种理想的主轴单元系统结构。

电主轴由定子、转子、转轴、前/后端轴承、轴承预紧机构、冷却装置（水套）、壳体、前/后盖和驱动控制模块等组成（见图）。其中电动机的转子采用压配方法与主轴做成一体，电动机的定子通过冷却套安装于主轴单元的壳体中。电主轴要实现高速运转，轴承是决定电主轴高速性能的一个很重要的部件，通常采用动静压轴承、复合陶瓷轴承或电磁悬浮轴承做支撑。主轴前端的内锥孔和端面用于安装刀具，后端通常装有用于测量电主轴角位移、角速度的传感器。由主轴驱动模块控制主轴的变速，并由冷却装置限制主轴单元的温升。

电主轴结构示意图

由于将电动机集成于主轴单元中，在高速运转时将会产生大量热，引起电主轴温度的升高和主轴变形，导致电主轴的热特性和动态特性变差，从而影响电主轴的正常工作。因此，必须采取一定的控温措施以使其保持在一定的温度范围内。一般采取强制循环水冷或油冷却的方式对电主轴的定子及主轴轴承进行冷却，由此带走主轴高速旋转产生的热量。同时为了减少主轴轴承的发热，还需对主轴轴承进行合理的润滑。

用在高速加工机床上的电主轴，通常要求由静止迅速起动并升速至高达每分钟数万转乃至数十万转的转速，因而需要较大的起动转矩。其起动电流通常是普通电动机额定电流的5～7倍，因此具有大的起动电流和起动转矩的交流异步感应电动机多被用作电主轴的驱动电动机。电主轴有变频器驱动和矢量控制驱动器驱动两种驱动方式。其中变频器驱动的控制特性为恒转矩驱动，其输出功率与转矩成正比。矢量控制驱动器的驱动控制特性是在低速端为恒转矩驱动，在中、高速端为恒功率驱动。

电主轴多采用矢量控制技术，以获得大的起动转矩和起动加速度，实现起动后快速达到允许极限速度。直接转矩控制技术也逐渐用于电主轴中，以满足主轴高转速、宽调速、高速瞬间准停等动、静态特性要求。

中国对电主轴的研究始于20世纪60年代，主要用于内圆磨削加工。洛阳轴承研究所于1958年研制成功磨床用电主轴，但由于采用无内圈式向心推力球轴承作为支撑，电主轴的功率较低，刚度也较小，限制了高速电主轴的发展。20世纪80年代末90年代初，随着高速电主轴轴承的开发成功以及电主轴技术的不断发展，研制成功一系列高速、高刚度、大功率电主轴，磁悬浮和气体静压电主轴，其应用领域也由各类内圆磨床扩展至数控铣床、数控车床和各类加工中心上。

世界上其他国家对电主轴技术的研究始于20世纪80年代，最初也主要用于内圆磨床。随着数控机床和高速切削技术的发展，电主轴的应用日益广泛，并已成为现代数控机床主要功能部件之一，涌现出一批机床电主轴功能部件专业制造商。如瑞士的FISCHER公司和IBAG公司，德国的GMN公司和FAG公司，美国的PRECISE公司，意大利的GAMFIOR公司和FOEMAT公司，日本的NSK公司和MAZAK公司，以及瑞典的SKF公司等。

现代高速切削和数控技术的快速发展，对高速电主轴的性能提出了越来越高的要求，电主轴的发展呈现如下趋势。

高速和高刚度发展。随着主轴轴承及其润滑技术、精密加工技术、精密动平衡技术、高速刀具及其接口技术等发展，数控机床用电主轴高速化已成为电主轴发展的普遍趋势。轴承及其润滑技术的发展使得电主轴的系统刚度也越来越大，以满足数控机床高速、高效和精密加工发展的需要。

向高速大功率、低速大转矩方向发展。由于多数数控机床需要同时满足低速重切削、高速精加工要求，因此机床电主轴应该具备高速大功率、低速大转矩的性能。

向高精度、高可靠性和长寿命方向发展。随着用户对数控机床的精度和使用可靠性的要求越来越高，作为数控机床核心功能部件之一的电主轴，对其本身的精度和可靠性的要求也越来越高。

电主轴内装电动机性能和形式多样化。为满足实际应用的需要，电主轴内装电动机的性能得到了改善，可得到更宽的恒功率调速范围。电动机形式上，永磁同步电动机的采用使电主轴的外形尺寸显著减小，有利于提高功率密度，实现小尺寸、大功率。

向快速起、停方向发展。为提高机床加工效率，缩短辅助时间，要求数控电主轴具有较短的起、停时间，即需要很大的加（减）速度。电主轴的起、停加速度可达到1g（一个重力加速度）以上，全速启、停时间可控制在1秒以内。

轴承及其预载荷施加方式、润滑方式多样化。陶瓷球混合轴承在电主轴上得到了广泛应用，一些非接触式轴承如磁浮轴承、气浮轴承、液浮轴承等开始得到应用，以提高电主轴的性能。在滚动轴承预加载方面，发展智能预负荷方式，可根据主轴的转速、负载等具体工况控制预负荷的大小，以获得更加优良的支承性能。发展多种电主轴润滑方式，如油脂、油雾、油气等，大力发展油气润滑方式，以满足高速和环保要求。