精密主轴部件是超精密机床保证加工精度的核心，主轴要求达到极高的回转精度，转动平稳，无振动，其关键在于所用的精密轴承。

   从目前发展现状来看，电主轴单元形成独立的单元而成为功能部件以方便地配置到加工中心主轴及高速机床上是高速、高效、高精度数控机床发展的一种趋势。电主轴技术包括主轴机械体、高速主轴轴承、无外壳主轴电机及其控制模块、润滑冷却系统、主轴刀柄接口和刀具夹紧方式以及刀具动平衡等。

电主轴是高速机床的“心脏部件”,是高速精密且承受较大的径向和轴向切削负荷的旋转部件。轴承作为其关键的支承技术首先必须满足高速运转的要求,并且有较高的回转精度和较低的温升;其次,必须具有尽可能高的径向和轴向刚度。此外,还要具有较长的使用寿命,特别是保持精度的寿命。因此,轴承的性能对电主轴的使用功能极为重要。

目前使用在高速主轴中的轴承主要有：液体静压轴承、空气静压轴承等。

2.3.1液体静压轴承的高速主轴

   液体静压轴承运转时，在轴颈处形成高压油膜，把轴悬浮抬起，形成液体摩擦，使主轴能高速运转。通过对液体静压轴 承元件的几何形状进行优化设计，转速特征值可达1.0×106 mm.r/min；若轴径为30mm的主轴，其最高转速可达3000r/min以上。

   图2是典型液体静压轴承主轴结构原理图，液体静压轴承常用的液压为0.6~1MPa，液体静压轴承主轴的运动精度很高，回转误差一般在0.2um以下。不但可以提高刀具的使用寿命，而且可以达到很高的加工精度和低的表面粗糙度

图2 典型液体静压轴承主轴结构原理图

1-径向轴承  2-推力轴承  3-真空吸盘

值。制造模具时，使用液体静压主轴的液体摩擦损失大，故驱动功率损失比滚珠轴承大。同时为减少高速运转发热，静压轴承的轴径不宜过大，这类高速主轴其径向刚度较低，但轴向刚度能过超滚珠轴承主轴。因此，选用何种轴承必须根据具体应用要求来定。

液体静压轴承有较高的刚度和回转精度，但也有下列缺点有待解决：

1. 液体静压轴承的油温升高，在不同转速的温升值不等，因此要控制恒温较难，同时温升将造成热变形，影响主轴精度。
2. 静压油回油会将空气带入油源，形成微小气泡悬浮在油中，不易排出，因此将降低液体静压轴承的刚度和动特性。

为解决这些问题，一般采用如下措施：

1. 提高静压油的压力到6~8MPa，使油中微小气泡的影响减小，提高了静压轴承的刚度和动特性。
2. 静压轴承用油经温度控制，基本达到恒温，减少轴承的温升。
3. 轴承用恒温水冷却，减小轴承的温升。

2.3.2空气静压轴承的高速主轴

空气静压轴承能在轴颈处形成高压气膜，降低摩擦，实现主轴高速运转。空气静压轴承高速主轴的转速特征值可达2.7×106 mm.r/min，回转误差在0.05um以下，最高转速可达10000r/min。采用金刚石刀具可以进行镜面铣削，加工各种复杂的高精度面。

空气静压轴承高速主轴的优点在于高回转精度、高转速和低温升，因此造成的热变形误差很小，空气轴承的应用促成了超精密机床的发展，而空气轴承的主要问题是刚度低，只能承受较小的载荷。

（1）圆柱径向轴承和端面止推空气静压轴承

（2）双半球空气轴承主轴

1. 前部用球形，后半部用圆柱径向空气轴承的主轴

    （4）立式空气轴承

2.3.3磁悬浮轴承的高速主轴

   磁悬浮轴承利用磁力把轴颈抬起运转，能使主轴达到更高的转速，转速特征值可达4.0×106 mm.r/min，为滚珠轴承主轴的两倍。目前使用的磁悬浮主轴的回转精度可达0.2um。磁悬浮主轴的优点是高精度、高转速和高刚度；缺点是磁悬 浮轴承由于价格昂贵，控制系统复杂，发热问题难以解决，因而还无法在高速主轴单元上推广应用。

2.3.4混合陶瓷轴承的高速主轴

   用氮化硅制的滚珠与钢制轨道相组合，在高速转动时离心力小，刚性好，温度低，寿命长，功率可达80kW，转速高达150000r／min。它的标准化程度高，便于维护，价格低，是目前在高速切削机床主轴上使用最多的支承元件。