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，而且轉動慣量大，很顯然這些中間傳動系統(tǒng)已不能適應其要求。如果將交流變頻電動機直接裝在數(shù)控沖床主軸上，即采用內(nèi)裝式無殼電動機，其空心轉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)裝式電動機主軸，簡稱電主軸(motorized spindle)。這時，電動機的轉子就是數(shù)控沖床的主軸，主軸單元的殼體就是電動機座，從而實現(xiàn)了電動機與數(shù)控沖床主軸的一體化。
電主軸的優(yōu)點是主軸組件結構緊湊，質(zhì)量和慣量小，可提高啟動、停止的響應特性，并有利于高速轉動和控制振動、噪聲，目前高轉速主軸大多采用電主軸。但電主軸在運轉中產(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電主軸單元；另一種是內(nèi)埋式永磁同步電動機電主軸單元。
1.內(nèi)裝式交流變頻電動機電主軸單元電動機的轉子與數(shù)控沖床的主軸間是通過過盈套筒的過盈配合傳遞轉矩，過盈量按所傳遞轉矩的大小計算。電主軸的過盈套簡直徑在1>33-50mm內(nèi)有十幾個規(guī)格，最高轉速可達180 000r/min，功率70kW。
根據(jù)電動機和主軸軸承相對位置的不同，這種布局有電動機置于主軸前后兩軸承之間和電動機置于后軸承之后兩種方式。
圖6. 7所示為電動機置于主軸前后兩軸承之間的結構。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構布局方式。
 
圖6.8所示為電動機置于后軸承之后的結構，此時主軸箱與電動機作軸向的同軸布置(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電主軸單元
圖6. 9為內(nèi)埋式永磁同步電動機電主軸單元的結構示意圖，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。主軸為空心結構，其內(nèi)部和頂端安裝有刀具的拉緊和松開機構，以實現(xiàn)刀具的自動換刀。主軸外套內(nèi)有電動機轉子，主軸端部還裝有激光角位移傳感器，以實現(xiàn)對主軸旋轉位置的閉環(huán)控制，保證自動換刀時實現(xiàn)主軸的準停和螺紋加工時C軸與Z軸的準確聯(lián)動。
內(nèi)埋式永磁同步電動機電主軸單元具有如下優(yōu)點。
(1)電動機的效率高，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電動機的鼠籠，轉子發(fā)熱少，有利于保證主軸的精度。
(3)有較高的強度，提高了電動機高速運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。