主軸是機(jī)床上帶動(dòng)刀具或工件旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生切削運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軸。按照主軸的驅(qū)動(dòng)方式，機(jī)床主軸可分為機(jī)械主軸和電主軸兩大類。
機(jī)械主軸通過主軸電機(jī)與中間的傳動(dòng)裝置（變速齒輪、皮帶或聯(lián)軸器）帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)行工作，其輸出扭矩和功率大，但轉(zhuǎn)速、精度和平穩(wěn)性相對(duì)較差。
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(dòng)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床主軸系統(tǒng)的“零傳動(dòng)”，是數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)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(dòng)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：
，由于電主軸由內(nèi)裝式電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，省去了中間變速和傳動(dòng)裝置，具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、噪聲低、振動(dòng)小和轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)環(huán)節(jié)的外力作用，電主軸工作時(shí)運(yùn)行更加平穩(wěn)，主軸軸承所承受的動(dòng)負(fù)荷較小，延長(zhǎng)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(shí)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(dòng)系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對(duì)獨(dú)立出來，形成一個(gè)功能相對(duì)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(chǎng)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)模化的生產(chǎn)能力，從而促進(jìn)制造成本的降低。
第三，某些數(shù)控機(jī)床，如并聯(lián)運(yùn)動(dòng)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(duì)象的特殊性，其對(duì)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(jì)和高轉(zhuǎn)速、高精度的優(yōu)異性能，有效地實(shí)現(xiàn)了某些數(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(dòng)）。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(shì)。
電主軸按采用的軸承類型可分為滾動(dòng)軸承、氣浮軸承、液體滑動(dòng)軸承和磁懸浮軸承等支承的電主軸，其中滾動(dòng)軸承、氣浮軸承、液體滑動(dòng)軸承是目前電主軸應(yīng)用廣泛的軸承類型。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?
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(dòng)軸承電主軸（注） | 摩擦阻力小、功耗小、精度高、剛度高，成本相對(duì)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 | 轉(zhuǎn)速相對(duì)較低，噪音大，對(duì)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(dòng)軸承電主軸和液體滑動(dòng)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(zhǎng) | 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(dòng)及高速時(shí)渦動(dòng)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(dòng)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(zhǎng)。 | 由于存在液體摩擦，驅(qū)動(dòng)功率損失比滾動(dòng)軸承大。 | 主要技術(shù)難點(diǎn)在于控制高速時(shí)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(zhǎng) 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能夠自動(dòng)平衡，沒有振動(dòng) 不需潤(rùn)滑和密封 能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(duì)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(dòng)剛度和阻尼減振性能，在實(shí)現(xiàn)高速的同時(shí)保證高加工精度。 | 主要應(yīng)用于超高速加工領(lǐng)域。 |
注：滾動(dòng)軸承根據(jù)滾動(dòng)體可分為滾子軸承、滾珠軸承。目前滾動(dòng)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(jiǎn)化，本表滾動(dòng)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(duì)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(dòng)機(jī) 結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，制造工藝相對(duì)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(dòng)慣量小，動(dòng)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(zhǎng) | ||
| 啟動(dòng)時(shí)電流無沖擊，負(fù)載變化時(shí)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(hào) | 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(dòng)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(dòng)力卡盤或旋轉(zhuǎn)油缸，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(dòng)靜承（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 | 特殊用電主軸主要包括拉輾用電主軸、切割用電主軸、離心機(jī)用電主軸、試驗(yàn)機(jī)用電主軸及其它用途電主軸。 | |
國(guó)外電主軸早用于內(nèi)圓磨床。20 世紀(jì)80 年代，隨著數(shù)控機(jī)床和高速切削技術(shù)的發(fā)展，電主軸技術(shù)開始逐漸應(yīng)用于數(shù)控銑床、加工中心等數(shù)控機(jī)床。國(guó)內(nèi)對(duì)電主軸技術(shù)的研究始于20 世紀(jì)60 年代，主要用于零件內(nèi)表面磨削，這種電主軸的功率小、剛度低；到80 年代，研制出系列高剛度、高速電主軸，廣泛應(yīng)用于內(nèi)圓磨床和機(jī)械零件制造等領(lǐng)域；90 年代以后由磨削電主軸轉(zhuǎn)向銑削電主軸，不僅能加工各種形體復(fù)雜的模具，而且開發(fā)了用于木工機(jī)械用的風(fēng)冷式高速銑用電主軸，推動(dòng)了高速電主軸在銑削加工中的應(yīng)用。
據(jù)統(tǒng)計(jì)：2013年全球電主軸產(chǎn)量為88.1萬支，2014年全球電主軸產(chǎn)量增長(zhǎng)至95.5萬支，產(chǎn)量較上年同期增長(zhǎng)8.4%。
二、世界電主軸行業(yè)市場(chǎng)需求分析
電主軸行業(yè)的發(fā)展與機(jī)床行業(yè)的發(fā)展相輔相成。機(jī)床工具行業(yè)日益增長(zhǎng)的需求規(guī)模和持續(xù)加快的產(chǎn)業(yè)升級(jí)為電主軸行業(yè)提供了良好的發(fā)展契機(jī)和廣闊的發(fā)展空間。
電主軸是機(jī)床功能部件中的易損件，常因工況環(huán)境惡劣、操作不當(dāng)、部件磨損等導(dǎo)致故障，也會(huì)因長(zhǎng)期使用精度明顯下降而需要維護(hù)、保養(yǎng)或檢修，電主軸的維修保養(yǎng)已成為一些機(jī)床保有量較大的廠家不得不面對(duì)的日常業(yè)務(wù)活動(dòng)。全球巨大的機(jī)床保有量，為主軸相關(guān)零配件及維修行業(yè)市場(chǎng)容量的不斷擴(kuò)大奠定了基礎(chǔ)。
中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)發(fā)布的《2015-2020年中國(guó)電主軸深度分析與投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告》中分析，2013年全球電主軸消費(fèi)量為84.1萬支，消費(fèi)同比增長(zhǎng)8.8%；2014年電主軸消費(fèi)量為91萬支，較2013年同期增長(zhǎng)8.2%。近年來全球電主軸年均需求增速接近9%。
三、世界電主軸行業(yè)主要國(guó)家發(fā)展情況分析
全球電主軸企業(yè)主要集中在歐洲和日本，其中歐洲的電主軸制造商憑借強(qiáng)大的研發(fā)實(shí)力、優(yōu)異的產(chǎn)品性能、悠久的生產(chǎn)歷史和較好的業(yè)績(jī)口碑，在電主軸的不同應(yīng)用領(lǐng)域均占據(jù)了重要市場(chǎng)份額，代表了各自領(lǐng)域的世界水平，其中比較的有瑞士FISCHER 公司、瑞士IBAG 公司、德國(guó)Kessler 公司、英國(guó)西風(fēng)等。日本的電主軸技術(shù)水平相對(duì)落后于歐洲，但產(chǎn)業(yè)發(fā)展成熟，性價(jià)比較好，在中國(guó)大陸等電主軸技術(shù)相對(duì)落后的地區(qū)占有較大的市場(chǎng)份額。
全球主要電主軸生產(chǎn)商簡(jiǎn)介
| 企業(yè) | 簡(jiǎn)介 |
| 英國(guó)西風(fēng) | WestwindAirBearings.,Ltd.，總部位于英國(guó)，為全球規(guī)模大的氣浮電主軸制造商之一 |
| 英國(guó)ABL | AirBearingCo.,Ltd.，總部位于英國(guó)，是全球的PCB鉆孔機(jī)電主軸供應(yīng)商 |
| 德國(guó)GMN | GMNPaulMüllerIndustrieGmbH&Co.KG，成立于1908年，總部位于德國(guó)，主要產(chǎn)品有電主軸、精密球軸承、單向離合器和非接觸密封圈等，在機(jī)床主軸軸承領(lǐng)域享有盛譽(yù) |
| 德國(guó)Kessler | FranzKesslerGmbH，該公司成立于1923年，專業(yè)生產(chǎn)機(jī)床用的電機(jī)和電主軸，其產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于PCB鉆孔機(jī)、數(shù)控雕銑機(jī)、加工中心等，其在歐洲、北美、亞洲（含中國(guó)）建立了電主軸維修服務(wù)中心。 |
| 瑞士FISCHER PRECISE集團(tuán) | FISCHERPRECISEGroupAG，成立于1939年，總部位于瑞士，是全球規(guī)模大的精密主軸制造商之一。2006年收購(gòu)原PCB成型機(jī)電主軸行業(yè)知名企業(yè)德國(guó)Precise，現(xiàn)已擁有瑞士FISCHER、德國(guó)Precise及Fortuna等品牌。該公司在上海設(shè)有飛速主軸技術(shù)（上海）有限公司，是其技術(shù)服務(wù)中心和主軸維修中心。 |
| 瑞士MCT | MechatronicSA，該公司成立于2000年，總部位于瑞士，專注于PCB鉆孔機(jī)電主軸的研發(fā)和生產(chǎn)，是全球的PCB鉆孔機(jī)電主軸制造商。MCT公司在我國(guó)深圳設(shè)立了服務(wù)中心。 |
| 瑞士IBAG | IBAG Switzerland Group AG，該公司總部位于瑞士蘇黎士，在高速電主軸的制造研發(fā)領(lǐng)域已有超過30 年的歷史，其產(chǎn)品廣泛使用于加工中心、鉆床、磨床以及雕刻機(jī)、PCB 等行業(yè)。 |
| 普森精密主軸工業(yè)有限公司 | 該公司成立于1994 年，總部位于臺(tái)灣，在江蘇昆山設(shè)有分公司，致力于機(jī)床精密主軸的開發(fā)與制造，其生產(chǎn)的雕銑電主軸和車床電主軸有一定規(guī)模的應(yīng)用 |
| 普慧企業(yè)股份有限公司 | 該公司成立于1982 年，位于我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)，主要從事高速精密工具系統(tǒng)及馬達(dá)內(nèi)藏式高速主軸的生產(chǎn)，目前主要產(chǎn)品有高速主軸、刀柄、電動(dòng)增容器等相關(guān)產(chǎn)品。 |
在需求方面，全球電主軸需求主要集中在中國(guó)、日本、美國(guó)、瑞士、意大利、韓國(guó)等國(guó)家和地區(qū)。當(dāng)中2014年中國(guó)電主軸需求量為24.2萬支，占同期全球需求總量的26.6%；日本國(guó)內(nèi)需求為8.8萬支，占同期全球需求總量的9.7%；美國(guó)國(guó)內(nèi)需求為16.6萬支，占同期全球需求總量的18.2%。
2009-2014年全球電主軸需求分國(guó)家統(tǒng)計(jì)（萬支）
| 年份 | 日本 | 美國(guó) | 中國(guó) | 德國(guó) | 其他 | 合計(jì) |
| 2009年 | 6.5 | 12.5 | 10.3 | 7.7 | 22.7 | 59.7 |
| 2010年 | 7.3 | 13.8 | 12.6 | 8.4 | 23.7 | 65.8 |
| 2011年 | 7.9 | 15.4 | 15.4 | 8.9 | 26.3 | 73.9 |
| 2012年 | 7.8 | 14.8 | 18.5 | 9.5 | 26.7 | 77.3 |
| 2013年 | 8.5 | 15.9 | 21.1 | 10.5 | 28.1 | 84.1 |
| 2014年 | 8.8 | 16.6 | 24.2 | 11.4 | 30.0 | 91.0 |
