高速數(shù)控沖床的高速主軸要在短時間內(nèi)實現(xiàn)升速和降速并在指定位置快速準(zhǔn)確停車,，就要求主軸具有很高的角加速度,。如果通過帶、齒輪和離合器等中間傳動系統(tǒng),，不僅存在傳動帶打滑,、振動和噪聲大等缺點，而且轉(zhuǎn)動慣量大,，很顯然這些中間傳動系統(tǒng)已不能適應(yīng)其要求,。如果將交流變頻電動機(jī)直接裝在數(shù)控沖床主軸上,，即采用內(nèi)裝式無殼電動機(jī)，其空心轉(zhuǎn)子通過壓配合直接裝在數(shù)控沖床主軸上,，帶有冷卻套的定子則安裝在主軸單元的殼體中,，就形成了內(nèi)裝式電動機(jī)主軸，簡稱電主軸(motorized spindle),。這時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子就是數(shù)控沖床的主軸,，主軸單元的殼體就是電動機(jī)座,，從而實現(xiàn)了電動機(jī)與數(shù)控沖床主軸的一體化。
電主軸的優(yōu)點是主軸組件結(jié)構(gòu)緊湊,，質(zhì)量和慣量小,，可提高啟動、停止的響應(yīng)特性,，并有利于高速轉(zhuǎn)動和控制振動,、噪聲，目前高轉(zhuǎn)速主軸大多采用電主軸,。但電主軸在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的熱量容易使主軸產(chǎn)生熱變形,，所以一般電主軸內(nèi)都配有獨立的冷卻系統(tǒng)以控制溫升，如油霧冷卻系統(tǒng)和主軸循環(huán)冷卻系統(tǒng)等,。

目前采用的電主軸單元有兩種：一種是內(nèi)裝式交流變頻電動機(jī)電主軸單元,；另一種是內(nèi)埋式永磁同步電動機(jī)電主軸單元。
1.內(nèi)裝式交流變頻電動機(jī)電主軸單元電動機(jī)的轉(zhuǎn)子與數(shù)控沖床的主軸間是通過過盈套筒的過盈配合傳遞轉(zhuǎn)矩,，過盈量按所傳遞轉(zhuǎn)矩的大小計算,。電主軸的過盈套簡直徑在1>33-50mm內(nèi)有十幾個規(guī)格，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)180 000r/min,，功率70kW,。
根據(jù)電動機(jī)和主軸軸承相對位置的不同，這種布局有電動機(jī)置于主軸前后兩軸承之間和電動機(jī)置于后軸承之后兩種方式,。
圖6. 7所示為電動機(jī)置于主軸前后兩軸承之間的結(jié)構(gòu),。此種布局的優(yōu)點是電主軸單兀的軸向尺寸較小、主軸剛度高,、輸出力大,，適用于大中型加工中心，故大多數(shù)加工中心均采用此結(jié)構(gòu)布局方式,。
 
圖6.8所示為電動機(jī)置于后軸承之后的結(jié)構(gòu),，此時主軸箱與電動機(jī)作軸向的同軸布置(也可用聯(lián)軸器)。其優(yōu)點是：前端的徑向尺寸可減小,，電動機(jī)的散熱條件較好,。但整個電主軸單元的軸向尺寸較大,，與主軸的同軸度不易調(diào)整。此種布局常用于小型高速敷控數(shù)控沖床,，尤其適合于加工模具型腔的高速精密數(shù)控沖床,。
 
前后軸承間的跨距及主軸前端的伸出量，均應(yīng)按靜剛度和動剛度的要求計算,。

2.內(nèi)埋式永磁同步電動機(jī)電主軸單元
圖6. 9為內(nèi)埋式永磁同步電動機(jī)電主軸單元的結(jié)構(gòu)示意圖,，單元中的主軸組件由高速精密陶資軸承支撐于電主軸的外殼中，外殼中還安裝有電動機(jī)的定子鐵芯和三相定子繞組,。主軸系統(tǒng)工作時,，由冷卻泵打入切削液帶走主軸單元內(nèi)的熱量，以保證電主軸正常工作,。主軸為空心結(jié)構(gòu),，其內(nèi)部和頂端安裝有刀具的拉緊和松開機(jī)構(gòu)，以實現(xiàn)刀具的自動換刀,。主軸外套內(nèi)有電動機(jī)轉(zhuǎn)子,，主軸端部還裝有激光角位移傳感器，以實現(xiàn)對主軸旋轉(zhuǎn)位置的閉環(huán)控制,，保證自動換刀時實現(xiàn)主軸的準(zhǔn)停和螺紋加工時C軸與Z軸的準(zhǔn)確聯(lián)動,。
內(nèi)埋式永磁同步電動機(jī)電主軸單元具有如下優(yōu)點。
(1)電動機(jī)的效率高,，電主軸單元的體積小,、重量輕，有利于實現(xiàn)主軸單元的位置與姿態(tài)的高速控制,。
(2)用新型永久磁鐵代替感應(yīng)電動機(jī)的鼠籠,，轉(zhuǎn)子發(fā)熱少，有利于保證主軸的精度,。
(3)有較高的強(qiáng)度,，提高了電動機(jī)高速運(yùn)行時的可靠性與安全性。
(4)可方便地實現(xiàn)恒功率弱磁調(diào)速,，從而擴(kuò)大了電主軸的調(diào)速范圍,，可有效地滿足寬范圍高速切削的要求。