國外將內外圈為鋼、滾動體為陶瓷的軸承統稱為混合軸承。目前混合軸承又有新發展：一是陶瓷材料已用於製作圓柱滾子軸承的滾子，市場上出現了陶瓷圓柱混合軸承；二是用不鏽鋼(比如FAG公司用氮化不鏽鋼Crodinur 30)代替軸承鋼製作軸承的內外圈特別是內圈，由於不鏽鋼的熱膨脹係數比軸承鋼小20%，自然在高速迴轉時，因內圈熱膨脹所造成的接觸應力增大趨勢會受到抑制。
眾所周知，dmη值是表達滾動軸承高速性能的速度因子(dm是滾動軸承內、外圈的平均直徑，單位mm；η是軸承的轉速，單位r/min)。角接觸球軸承的高速性能不僅與球的接觸角、直徑和材料相關，而且與軸承的潤滑方式關係密切。目前滾動軸承有脂潤滑、油霧潤滑和油氣潤滑三種方式，其中油霧潤滑雖然效果不錯，但污染環境和危害工人健康，國外已很少採用。
脂潤滑是最簡單和環保性最好的一種潤滑方式。由於脂在超高速運轉下容易變質，故其dmη值較低，軸承為鋼球時僅達80×104，為陶瓷球時可達110×104(FAG公司開發的新一代低溫軸承其dmη值還可以在此基礎上增加10%左右)。現在高速主軸軸承用得最多的是油氣潤滑方式，它是定時、定量地供給軸承以油—氣混合物，使軸承各部位獲得最佳的微量潤滑並把污染減至很小。採用油氣潤滑的鋼球或陶瓷球角接觸球軸承，其dmη值一般可分別達到到140×104和210×104，若採用比較特殊的油氣潤滑方式，陶瓷球角接觸球軸承的dmη值可達250×104甚至更高一點(圖3為特殊油氣潤滑方式的一種，在試驗室內其dmη值已達280×104)。
高速電主軸滾動軸承的配置形式有多種，但比較典型的是前、后軸承呈「O」型布局的兩對角接觸球軸承(見圖1)。由於后軸承也是角接觸球軸承，一般要設置滾珠套以便讓后軸承能沿殼體軸向移動，使得主軸受熱后可自由向後方膨脹。一般說來，角接觸球軸承需要在軸向有預加負荷才能正常工作，預加負荷愈大，軸承的剛度愈高但溫升也愈大。比較簡單的辦法是，根據電主軸的轉速範圍和所要承受的負載，選定一個最佳的固定預加負荷值；更好的辦法則是預加負荷能隨主軸轉速改變而調整，在高轉速時減小預加負荷，在低轉速時增加預加負荷。
最近幾年，由於陶瓷圓柱混合軸承的面世和油氣潤滑的較普遍應用，圓柱滾子軸承的高速性能得到較大改進，所以現在已有相當數量的高速加工中心，其電主軸的后軸承採用了允許內、外圈相對移動量較大並能承受更大徑向負荷的圓柱滾子軸承(圖4)。這樣就可在提高剛度的條件下，用比較簡單的結構達到主軸可自由向後膨脹的目的，瑞士Step-Tec公司生產的高速電主軸，其後軸承就是採用陶瓷圓柱混合軸承。
高速電主軸除普遍採用滾動軸承外，還有其他幾種軸承可供考慮：
靜壓軸承。空氣靜壓軸承由於剛度特別是承載能力很差，儘管迴轉精度很高和摩擦損失較小，也只能在超精密高速銑削等切削負荷很小的埸合使用。油靜壓軸承在高速迴轉時，油囊內產生紊流，液體摩擦力也隨轉速增高而增大，會造成大的功率損失和引起嚴重的發熱，故高速迴轉的切削機床仍很少採用(IBAG公司已有一種最高轉速為32000r/min油靜壓軸承電主軸供應)。此外，FISCHER公司正研製一種以水為介質，名為Hrdro-F的靜壓軸承電主軸，最高轉速36000r/min(功率67KW)。
動、靜壓軸承。它用流體動力與流體靜力相結合的方法使主軸在油膜支撐中迴轉，兼有動壓軸承和靜壓軸承的優點，剛度和精度高，阻尼大，壽命長，已用於Ingersoll主軸最高轉速為20000r/min的卧式加工中心和某些高速磨床上。然而，此種軸承在主軸軸頸表面線速度超過50m/s時，油流也會由層流變為紊流，同樣會出現發熱嚴重和功率損失的問題，其進一步高速化仍是一個正在研究的課題，並一直受到業界人士的重視。
磁浮軸承。它是利用電磁力將主軸懸浮在空氣中的一種高性能軸承，而且在運轉過程中用靈敏的感測器不斷檢測主軸位置，並反饋給控制器實時調整電磁力，使與轉子(軸承轉子和電動機轉子)結合在一起的主軸始終保持在正確位置上。由於採用電子反饋系統進行自動調節，其剛度和阻尼可控，主軸能自動動平衡，其迴轉精度可高達0.1μm。磁浮軸承無機械接觸，壽命很長，它的高速性能僅受轉子矽鋼片離心力的制約，轉子最高線速度可達200m/s。顯而易見，磁浮軸承很適合高速高精度切削機床使用，但由於控制複雜，成本很高，目前實際在機床上使用的還不多。德國GMN公司和瑞士IBAG公司已有成熟的磁浮軸承電主軸出售(IBAG生產最高轉速為70000r/min和40000r/min的兩種型號)。
高速主軸的動平衡和HSK刀柄
離心力與主軸轉速的平方成正比，主軸高速迴轉時，微小的不平衡量也會引起巨大的離心力，造成機床振動進而影響加工質量，故此，動平衡是高速主軸系統需要認真解決的問題。專業電主軸廠生產的電主軸都經過嚴格的動平衡，一般都執行ISO標準G0.4級(G=eω，e為質量中心與迴轉中心之間的位移，即偏心量，ω為角速度)，即在最高轉速時殘餘動不平衡引起的振動速度最大不得超過0.4mm/s。廣義的主軸系統還包含刀具，加工過程中每更換一把刀具，其動不平衡量就會發生變化。為此，FISCHER公司提供一種在線自動平衡裝置，它能自動測出主軸系統的不平衡量，並自動使位於電主軸前端的兩個平衡圓盤相對轉動到一個動不平衡量最小的位置。
北京機床研究所μ1000系列精密立式加工中心，在利用FANUC主軸電動機的基礎上，自行製造了最高轉速為15000r/min的電主軸。該電主軸在製造過程中經過兩次精確的動平衡，第一次是在轉子熱裝后，第二次是所有迴轉零件裝配好且幾何精度檢驗完畢后。同時，還在電主軸前後位置設有平衡環以備在線動平衡用。
主軸與刀具的連接關係到加工質量，現在幾乎所有的專業電主軸廠均可按用戶要求提供各種標準和非標準的刀具介面，當然不同的刀具介面對應於不同的刀柄。傳統的7:24實心刀柄，與主軸孔僅靠錐面定位，當主軸高速旋轉時，主軸錐孔會因離心力的作用而「脹大」，但實心錐柄不能隨之「脹大」，主軸孔便發生「張口」使刀具在其中搖擺，從而產生軸向定位誤差並影響主軸系統的動平衡。故近10幾年來另一種高速性能好的HSK刀柄迅速興起，為愈來愈多的高速加工機床所採用，2001年已被列為國際標準ISO12164-1:2001。
HSK刀柄是採用錐面和端面雙定位的空心錐柄，其錐度為1:10且錐體比較短，在拉杆軸向拉力的作用下，刀柄的薄壁錐體會產生一定的彈性變形，使刀柄的短錐和端面與主軸的錐孔和端面緊密貼會。圖5就是HSK刀柄與主軸的連接情況示意：圖的上半部分為刀柄拉緊前的狀態，刀柄端面與主軸端面之間存在空隙h；圖的下半部分為拉緊后的狀態，由於刀柄薄壁錐體的彈性變形消除了間隙h。在高速旋轉時，因為刀柄的薄壁錐體也會隨主軸錐孔的「脹大」而「脹大」，故中間不會產生間隙，兩者的端面也不會分離，所以HSK刀柄在高速加工過程中與主軸有良好的連接剛度，自然刀具能一直保持高的定位精度，而且HSK刀柄較短、較輕，有利於提高加工中心的換刀速度。
HSK系列刀柄有A、B、C、D、E、F等類型，用得最多的是A型和E型。HSK—A型刀柄有鍵槽，適合切削負荷較大時採用；HSK—E型沒有傳動鍵，僅靠錐面之間的摩擦力來傳遞扭矩，適合切削負荷小時使用。
結語
儘管機床的切削速度還存在不小發展空間，但近三年世界高速加工機床主軸的最高轉速，似乎已進入一個相對平穩的發展階段。以高速加工中心為例，目前其主軸最高轉速除個別產品外基本上是：小型20000~60000r/min、中型10000~30000r/min、大(重)型8000~24000r/min。從EMO2003得到的信息，其加工中心展品的最高轉數絕大多數為10000~30000r/min，最高的為60000r/min。
現在，高速切削機床的主軸系統主要採用電主軸單元，而電主軸的軸承又基本為滾動軸承，其dmη值一般都不超過250×104。從目前的研究開發情況來看，在不久的將來有可能達到300×104甚至更高一點，也就是說滾動軸承內徑為Φ50~55mm的電主軸，其最高轉速有望達到50000r/min左右。更高的速度需求則寄希望於磁浮軸承，磁浮軸承推廣應用的關鍵是要降低成本，同時也要考慮發熱和漏磁方面的問題。此外，與電主軸相關的課題，比如集成感測監控、小型高出力主軸電機、輕量化主軸等，都正在深入研討中。
現時，國內生產電主軸的廠家很少，國產電主軸尚未能充分滿足市場需求(在CIMT2003展會上，國產數控機床配裝的電主軸只有23.8%是國內產品)。不過，在這一領域，中國也已具有一定的基礎和能力，在當前國家明確支持國產數控機床功能部件發展的政策環境下，我們更應抓住機遇，加快國產高速電主軸的發展。
