本书全面系统地介绍了电主轴系统的关键技术和国内外相关技术现状与发展趋势、高速电主轴基本原理和结构、高速电主轴的基本参数和技术指标、电主轴的电动机及驱动控制、高速电主轴性能测试、电主轴可靠性与精度保持性以及高速电主轴前沿技术给出了根据典型加工工况进行电主轴优化设计选型的流程和方法，并通过案例介绍高速电主轴整体应用解决方案。
本书既注重理论与实践应用的结合，又紧跟国际前沿，重点汇集了作者团队多年的科研成果与经验积累。本书主要面向数控机床设计工程师、功能部件使用工程技术人员及相关科研人员等，可为其在功能部件设计、制造、选型及应用过程中遇到的问题提供基础理论支撑与经验参

序一
序二
前言
第一章高速电主轴技术概述1
第一节基本概念1
一、电主轴1
二、电主轴的基本构成2
三、电主轴系统4
第二节电主轴基本原理和关键技术7
一、电主轴基本工作原理7
二、数控机床对电主轴的要求7
三、电主轴的特点和关键技术8
第三节电主轴的分类与命名9
一、电主轴的分类9
二、电主轴的型号命名14
三、电主轴的现行标准18
第四节电主轴的技术指标22
一、电主轴的指标要求22
二、电主轴的基本参数23
三、电主轴的性能指标25
第五节电主轴国内外技术现状与发展
趋势28
一、电主轴的发展历程28
二、国外电主轴的技术现状29
三、国内电主轴的技术现状34
四、国内外主轴的发展趋势36
参考文献37
第二章高速电主轴的结构布局和支承
方式39
第一节电主轴的结构布局39
一、电动机中间布置方式39
二、电动机后端布置方式39
第二节电主轴的轴承支承方式40
一、滚动轴承支承40
二、流体支承49
三、磁悬浮轴承支承61
四、轴承对比及在电主轴上的应用情况65
参考文献66
第三章电主轴的预紧系统67
第一节电主轴的预紧简述67
一、预紧方式分类67
二、预紧方式对比及应用场景68
第二节电主轴的预紧系统设计69
一、定位预紧设计69
二、定压预紧设计71
三、可调预紧设计72
四、主轴预紧设计图例73
参考文献75
第四章电主轴的润滑和冷却系统76
第一节电主轴的润滑系统76
一、油脂润滑77
二、油雾润滑77
三、少油润滑79
四、轴承类型与润滑方式的组合82
第二节电主轴的冷却系统83
一、冷却系统的作用83
二、液体冷却84
三、空气强制冷却86
参考文献87
第五章电主轴的轴端接口系统89
第一节电主轴轴端接口类型89
第二节锥度为7∶24的刀具接口89
一、锥度为7∶24的刀具接口标准和
规格89
二、锥度为7∶24的刀具接口的优缺点91
三、改进型刀柄（BBT、WSU-1、
WSU-2）91
第三节锥度为1∶10的刀具接口93
一、HSK刀具接口93
二、KM刀具接口99
第四节CAPTO刀具接口100
第五节弹簧夹头刀具接口102
一、弹簧夹头简介102
高速电主轴分册
目录
二、ER夹头规格及结构原理103
三、ER夹头优缺点104
第六节卡盘接口105
一、卡盘分类105
二、电主轴安装卡盘接口示例107
三、卡盘保养方法107
第七节磨削电主轴接口108
一、磨削电主轴接口简介及特点108
二、磨削电主轴接口形式108
第八节电主轴拉刀机构110
一、拉刀机构的组成110
二、拉刀机构的工作原理113
参考文献116
第六章电主轴的电动机及驱动控制118
第一节电主轴对电动机的基本要求118
一、电主轴电动机的性能要求118
二、电主轴电动机的运行要求119
三、电主轴电动机的可靠性与维护性
要求119
四、电主轴电动机的经济性要求119
第二节电主轴的电动机及性能比较120
一、执行电动机120
二、电主轴的电动机121
三、设计电主轴电动机时应注意的
问题124
第三节电主轴电动机驱动和控制125
一、恒压频比控制125
二、矢量控制126
三、直接转矩控制127
四、弱磁控制128
参考文献128
第七章高速电主轴性能测试与试验
分析129
第一节性能测试与试验指标129
第二节电主轴静态回转精度测量129
一、电主轴回转精度的影响因素130
二、电主轴回转精度测量方法130
三、电主轴回转精度检测133
第三节电主轴刚度测试134
一、电主轴刚度概述134
二、电主轴刚度的测试方法135
三、电主轴刚度的测试试验138
第四节电主轴温升测试140
一、影响电主轴温升的主要因素140
二、电主轴温升的检测方法141
三、电主轴温升特性测试试验141
四、电主轴空负载温升测试试验示例143
第五节电主轴调速负载特性测量145
一、电主轴输出功率测试146
二、电主轴转矩和转速测试147
三、电主轴调速负载特性试验示例147
第六节电主轴轴承预紧状态测量148
一、预紧力对性能的影响149
二、预紧力的施加方法150
三、预紧力的测量方法152
第七节电主轴振动性能试验155
一、影响电主轴振动特性的因素155
二、电主轴试验模态分析方法156
三、电主轴振动性能试验157
第八节电主轴噪声测试158
一、电动机噪声的物理量度158
二、电动机噪声测试的试验仪器160
三、电主轴噪声的测试160
第九节残余动不平衡及动平衡方法161
一、现场动平衡原理162
二、现场动平衡试验装置163
三、现场动平衡试验步骤和示例163
参考文献166
第八章电主轴可靠性与精度保持性167
第一节电主轴可靠性设计167
一、电主轴可靠性分配设计167
二、电主轴可靠性预计设计169
三、电主轴可靠性设计准则及检查表171
四、电主轴故障分析173
第二节电主轴可靠性试验183
一、电主轴可靠性试验分类183
二、电主轴可靠性台架试验184
三、电主轴可靠性台架试验案例185
第三节电主轴可靠性评价188
一、电主轴可靠性评价方法188
二、电主轴可靠性评价流程192
第四节电主轴精度保持性试验与评价195
一、电主轴精度保持性195
二、电主轴精度保持性台架试验198
三、电主轴精度保持性在机测试199
四、电主轴精度保持性评价方法201
参考文献201
第九章电主轴的优化设计选型203
第一节电主轴的选型流程203
一、系列化电主轴选型流程203
二、定制电主轴设计选型流程209
三、用户需求调查表设计212
四、选型结果报告设计214
第二节典型工况分析和计算217
一、电主轴参数计算217
二、铣削工况计算流程和公式220
三、磨削工况计算流程和公式224
四、车削工况计算流程和公式229
第三节电主轴选型型谱参数230
一、洛阳轴承研究所有限公司电主轴型
谱参数表230
二、大连科德数控股份有限公司电主轴
型谱参数表238
三、通用技术集团大连机床有限责任公司
电主轴型谱参数表239
四、深圳市爱贝科精密工业股份有限公司
电主轴型谱参数表242
参考文献247
第十章高速电主轴选型案例248
第一节选择电主轴应考虑的问题248
一、电主轴结构布局248
二、电主轴轴承的选择248
三、电主轴电动机及驱动模块249
四、电主轴润滑和冷却方式的选择249
第二节加工中心用电主轴选型案例249
一、高速精密卧式加工中心用电主轴
选型案例249
二、高速精密立式加工中心用电主轴
选型案例253
三、五轴立式车铣复合加工中心用电主轴
选型案例256
四、五轴铣车复合加工中心用电主轴
选型案例260
五、车铣复合加工中心用电主轴选型
案例264
六、五轴高速龙门加工中心电主轴选型
案例267
七、加工中心用电主轴选型案例270
第三节磨削机床用电主轴选型案例273
一、内圆磨床用电主轴选型273
二、内圆磨床用电主轴选型276
三、外圆磨床用电主轴选型281
四、内圆磨床用电主轴设计284
五、HZ-087CNC型磨床电主轴选型288
第四节车削用电主轴选型案例291
一、DT40型车削用电主轴选型291
二、RPJY-F203E型车削用电主轴选型293
参考文献296
第十一章电主轴的安装、调试与在线
监测297
第一节电主轴的安装与调试297
一、电主轴的安装297
二、电主轴的调试299
第二节电主轴的正确使用302
第三节电主轴的维护与保养303
第四节电主轴在线监测304
一、电主轴在线监测需求与技术304
二、电主轴在线监测关键参数307
三、电主轴在线监测组成部分307
四、电主轴在线监测的主要用途308
第五节电主轴典型故障类型与排除308
一、电主轴温升过高309
二、电主轴刚度差310
三、电主轴振动大310
四、电主轴精度差311
五、电主轴起动困难311
六、电主轴掉速或速度不稳311
七、电主轴刀具无法夹紧或夹紧后不能
松开312
八、电主轴强力切削时停转312
参考文献313
第十二章高速电主轴前沿技术314
第一节新型材料/结构电主轴技术314
一、新型电主轴结构314
二、新型材料电主轴结构317
第二节新型电主轴润滑技术319
一、新型轴承油气润滑技术319
二、新型轴承脂润滑技术320
第三节新型电主轴冷却技术321
一、新型冷却结构的优化设计321
二、基于相变原理的冷却结构设计323
三、基于热电原理的冷却结构设计324
四、轴芯冷却技术325
参考文献326

数控机床功能部件是高端机床装备的核心部件，其设计选型应用水平的高低直接影响数控机床的整机性能、功能及可靠性。数控机床国产功能部件的研发、优化设计选型及应用是数控机床配套功能部件实现国产化的重要支撑，是国家科技重大专项“提升国产重大装备技术水平，满足国内需要，改变依赖进口，受制于人的局面”目标任务完成的基础和重要组成部分，对我国高端机床装备制造水平提升目标实现具有重大战略意义。
国家科技重大专项“数控机床功能部件优化设计选型工具开发及应用”（编号2014ZX04011031）的目标就是编制一套《数控机床功能部件优化设计选型应用手册》及开发选型软件，为功能部件的优化设计选型应用提供基础理论体系、产品性能评价体系及产品标准体系；解决功能部件生产过程中技术空缺及生产标准空缺问题，实现功能部件产品批量生产。通过大量主机厂及用户的市场调研及试验研发工作，使该套手册具备强有力的实践基础，填补国内空白。《数控机床功能部件优化设计选型应用手册》主要针对数控机床六大功能部件（滚珠丝杠副、滚动直线导轨副、数控转台、数控刀架、动力卡盘、高速电主轴），共六本分册于2018年6月出版，获得了行业的高度好评，技术人员将该手册作为数控机床功能部件设计、测试、选型、应用的基础理论及设计应用参考，需求迫切。
2019年以来，高端机床装备迈入高质量发展阶段，高端机床对功能部件提出新需求，新技术、新产品、新应用层出不穷，高端装备在重点工程领域应用越来越广泛。在工信部、中国机械工业联合会、中国机床工具工业协会的大力支持下，2023年机械工业信息研究院金属加工杂志社组织行业核心技术团队编撰《高端机床装备功能部件优化设计选型应用手册》（以下简称《手册》）。
《手册》主要针对数控机床七大功能部件（滚珠丝杠副、滚动直线导轨副、数控转台、数控刀架、动力卡盘、高速电主轴、刀库及自动换刀装置）的设计选型应用要求进行编写，介绍了功能部件结构及参数进行介绍，提供了选型流程及计算方法、型谱参数、优化设计与设计选型、主要性能指标的测试方法、附件选用及安装使用维护方法等，给出了高端机床装备功能部件设计选型典型案例。《手册》分为七个功能部件分册，分别为《滚珠丝杠副分册》（主编冯虎田，副主编祖莉、周长光、刘建佐、冯宇、王建修、李敬宇、马凤举、杨延华）、《滚动直线导轨副分册》（主编欧屹，副主编梁医、荣伯松、殷玲香、冯健文、米继锋、原野）、《数控转台分册》（主编于春建，副主编张虎、蔡春刚、赵相雨、张艳芹、丁爽、曲维康）、《数控刀架分册》（主编陈传海，副主编景国丰、罗巍、邹运、郭劲言）、《动力卡盘分册》（主编张云，副主编张国斌、景国丰、范伟其、孙贤青、徐伟、高振江、陈永胜、李学崑）、《高速电主轴分册》（主编李文超，副主编陈虎、周吉贞、杨丹群、李东亚、万少可、陈传海）、《刀库及自动换刀装置分册》（主编汪满新，副主编陈亮、田海龙、吕云良、赵相雨、邹运、朱建国）。
《手册》策划、编撰依据如下基本原则：
1）前瞻性及先进性。由专业的功能部件生产商及行业研究者与设计工程师共同编撰，确保基础理论及应用技术的前瞻性及先进性。
2)操作性及可行性。在编制《手册》过程中，做了大量的可行性分析以及试验定型等工作，确保理论建立在大量实践基础之上。
3)知识性及系统性。在编制《手册》过程中，在功能部件的各个技术领域均做了大量市场调研，进行分析归纳，形成一系列重点产品型谱，确保了知识、技术及产品的系统性、全面性。
4)系列化及标准化。《手册》中的内容根据型谱参数等标准来细分，方便查阅相关技术知识。
编撰《手册》的重要意义体现在如下四个方面：
1）提供应用研究的基础理论。《手册》补充且完善了目前国内高端机床装备功能部件等基础零部件的理论与应用研究成果，为功能部件生产研发提供强有力的理论基础。
2）展现前期取得的专项成果。依托前期七大功能部件国家科技重大专项和高质量专项技术成果，集中展现前期基础研究及产品研发的科研、试验及应用成果，对行业进一步专业化生产技术升级有推广促进作用。
3）强调企业与用户对接示范。遵循“共性技术研发—产品研发—产业化应用—用户应用示范”规律，企业与用户对接环节进一步强化。《手册》旨在编撰以企业与用户对接技术为基础的，双方共同认可的安装、调试和验收的最新规范，因此选型软件开发及手册对企业与用户对接具有示范作用。
4）满足国内现状发展需求。国外功能部件技术手册早已编制完成，现已形成标准化、系列化，并广泛用于企业研发与用户应用之中。在上一版手册的基础上，该《手册》对国内功能部件设计、选型及应用的基础性理论进行了进一步的系统性完善，尤其是在功能部件设计、检验、试验、制造装配，以及主机选型设计及安装方面增加了应用场景案例。
该《手册》作者团队所研究的共性技术、产品设计及选型技术、测试安装技术规范及标准，能满足国内功能部件行业对产品的测试、试验基本需求，为我国高端机床装备自主开发能力的提高奠定相关技术基础。
《手册》可供机床设计人员、功能部件设计人员及大专院校的研究人员参考使用。
《手册》凝聚了编撰组、咨询专家、审核专家的心血，行业各主要参加单位技术人员无私奉献、精益求精提供设计选型案例，包括南京理工大学、吉林大学、清华大学、南京工艺装备制造股份有限公司、洛阳轴承研究所有限公司、烟台润江机床附件有限公司、烟台南工大环球智能装备有限公司、烟台环球机床装备股份有限公司、西安华欧精密机械有限责任公司、通用技术集团大连机床有限责任公司、深圳市威远精密技术有限公司、深圳市爱贝科精密工业股份有限公司、陕西汉江机床有限公司、山东台稳精密机械有限公司、山东华准机械有限公司、青岛祥银传动设备有限公司、丽水职业技术学院、科德数控股份有限公司、江苏古田自动化股份有限公司、江苏晨光数控机床有限公司、广东凯特精密机械有限公司、冈田智能（江苏）股份有限公司、方冠（常州）数控科技有限公司、东莞拓高传动机械有限公司、慈溪市奥菱机床附件有限公司、倍得福机械科技（常州）股份有限公司、浙江卓求传动科技有限公司、浙江精锐智能传动有限公司、浙江精久轴承工业有限公司、浙江得利亚自动化制造有限公司、西安交通大学、扬州大学、西南交通大学、南京信息工程大学、南京工程学院、内蒙古工业大学、内蒙古机电职业技术学院以及枣庄职业学院等。
《手册》编撰期间，课题组深入主机厂调研，虚心学习，获得了宝贵的一线设计资料。包括北京北一机床股份有限公司、通用技术集团大连机床有限责任公司、通用技术集团沈阳机床股份有限公司、宝鸡忠诚机床股份有限公司、青海一机数控机床有限责任公司、天水星火机床有限责任公司、濮阳贝英数控机械设备有限公司、安阳鑫盛机床股份有限公司、纽威数控装备（苏州）股份有限公司、科德数控股份有限公司以及南京工大数控科技有限公司等主机单位的机床设计师参加了技术讨论，他们丰富的机床设计经验为《手册》的编撰提供了雄厚的技术支撑。
《高速电主轴分册》共分十二章，第一章由李文超、李东亚、万少可编撰；第二章由李东亚、李文超、方斌、周吉贞编撰；第三章由万少可、郭丽娟、李小虎、翟丁熠编撰；第四章由郭丽娟、方斌、李文超编撰；第五章由周吉贞、陈虎、郭丽娟编撰；第六章由陈虎、周吉贞、蔡春刚、王彩年编撰；第七章由李东亚、李文超、万少可、李小虎编撰；第八章由陈传海、李东亚、郭劲言、金桐彤编撰；第九章由李文超、李东亚、陈虎、周吉贞、杨丹群、张亚坤编撰；第十章由周吉贞、陈虎、李东亚、杨丹群、蔡春刚、贺鑫元、王彩年、陈小安、张亚坤编撰；第十一章由陈虎、郭丽娟、万少可、翟丁熠编撰；第十二章由万少可、李文超、李东亚编撰。洛阳轴承研究所有限公司张亚坤、翟丁熠、邓泽杉、孙祥智等参与了大量校核工作。
机械工业信息研究院金属加工杂志社主编韩景春、项目主管郭佳全程参与整套图书的策划、编辑及出版，组织讨论书稿内容，收集企业参编案例，其全身心专业的策划是《手册》顺利出版的保证。
两年多来，经过广大编审人员的不懈努力，《手册》以崭新的风貌和鲜明的时代气息展现在广大机械设计工作者面前。值此出版之际，谨向所有给过我们大力支持的单位和各界朋友们表示衷心的感谢!