对于不稳定的高速高效铣削过程来说，高频颤振是典型的自激振动的结果。试验证明，在主轴里装一种有源的机电元件就可以消除这种振动。因为，只要在切削位置附近，用质量很小且可以移动的执行机构激振主轴就能有效应对这种高频振动。现在的高速铣床主要不是受驱动功率的限制，而是受制于工作过程的动态稳定性，特别是在重载高效切削时，加工稳定性的界限就表示为是否发生颤振。例如，在加工飞机整体铝结构件时，加工过程的经济性主要取决于切削时间，也就是说，主要取决于单位时间内所能达到的切除量。在高效切削中，调整轴向可移动的刀具以调节单位时间切除量，受自激振动限制的转速通常为20000-30000r/min。
用自适应部件消除干扰影响
图1提高刚度和阻尼对主轴-刀具系统的柔度频率特性的影响和对稳定图的影响（下图）。
为了使给定的机床、主轴和刀具组合系统能达到最大的单位时间切除率，必须对转速和切深等工艺参数进行优化选择。此外，还可以采取一些主动措施扩大切削过程的稳定范围。
主轴－刀具系统的刚度一般比机床本身的刚度小得多，因此，对于加工过程来说，只要说明主轴－刀具系统的刚度就足够了。通过改变刀具－刀夹－主轴系统的固有频率的位置或过高的振幅来影响稳定加工区域的位置和参数，如图1所示。提高刚度，则固有频率向高频段移动，稳定加工区向更高的主轴转速和更大的切深方向移动。增加阻尼、减小共振区过高的振幅，也可使达到的切深更大。因此，将来有自适应能力的机床部件成为切削技术进一步发展的基础，用这种系统来消除影响机床加工精度和生产率的各种干扰。也就是说，可采用主动措施把稳定的加工界限移向更高的切削效率。德国达姆斯塔特（Darmstadt)大学在研究生产管理、工艺、机床以及机电学和机床声学的项目“AdHyM。”范围内研制了一种具有自适应能力的混合支承的电主轴，在其前支承处安装一个结构相符合的执行系统来作为普通的滚动轴承，这样，使高速铣削过程可靠，并消除了颤振，这个电主轴的结构方案如图2所示。
“AdHyM。”研发项目得到了德国科研协会（DFG）资助。根据电磁作用原理，这个整体的高动态性能的执行元件通过一个空隙，无接触地把力直接传到主轴上。借助于相应的调节器，有目的地补充刚度和阻尼，就能有力地影响主轴一刀具系统的固有模态，而且在切削过程中确定系统的实际状态，因而能预测并智能地自动调节到最佳的工艺参数范围。nextpage
在主轴里集成了执行元件功能和传感器功能
科研计划的主要目标有：①研制一根混合支承的自适应电主轴，在这根电主轴里集成了执行元件功能和传感器功能；②在运行期间，在线确定系统的柔度频率特性；③通过CNC控制的干预，自动调节最佳的工艺参数；④高速铣削过程的有效阻尼，以扩大稳定作业的范围。
电主轴的接头部分，用滚动轴承完成支承功能的可靠的传统结构保持不变，在主轴前轴承的前面，尽可能靠近切削位置处集成一个执行元件。与迄今所用的普通主轴接头相比，主要优点是通过不同结构的部件有目的地实现轴的支承和工作力的接收。而滚动轴承主要实现轴的刚性支承功能，电磁执行元件的任务是尽可能完整地接收高速铣削过程中产生的动态力。在这种受力分布的基础上重新设计前滚动轴承的结构形状，以至活动磁轴承的集成不会使主轴加长。混合接头的优点在于：
①应用滚动轴承比用完全活动的磁轴承的主轴结构紧凑，实现支承功能的控制费用小，成本低；②可以在主轴前轴承的前面安置承受负载的执行元件，这样，一部分有影响的动态切削力在滚动轴承前就被接收了，起了卸荷作用，从而提高了轴承的寿命；③由于执行元件尽可能布置得靠近切削位置，且其运动质量微小，充分利用了执行元件的高动力学性能，执行元件的带宽不受机床机械结构的低通特性的影响。
在主轴里应用磁轴承比完全用滚动轴承的成本高，然而，一台装备了有源电主轴的高速切削机床，由于缩短了停机时间会给用户创造更多的价值，使其更快的收回投入有源电主轴的成本。为了检验这种方案的可行性和求出集成了执行元件的电主轴所达到的初步测量结果，建立了一个由高速切削电主轴、一个外接电磁执行元件和两个测距传感器组成的试验台（图3）。这个试验台的目的是确定主轴的动态特性，并初步试验活动阻尼的主要固有模式。
初步试验结果表明，混合支承方案可行
为了检验电主轴，用一个干扰信号通过执行元件激励主轴，求出激励干扰信号值和用非接触传感器测得电主轴的相应位移量，据此确定图4所示的传递函数。
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同理也能确定电主轴在运行过程中的固有动态特性。图4所示的传递函数表明，在400Hz以下有几个固有振型，这些振型可不必考虑。因为高速铣削时，齿啮合频率高不会激起振动。在大多数加工情况下，颤振出现在800HZ左右，所以感兴趣的是高于800Hz固有频率和相应的轴的弯曲特性。为了扩大稳定加工区，抑制这些振动是有效的。所以，执行元件必须抑制800Hz以上的固有振动。为此，需要一个强有力的调节器，使实际铣削过程中出现的参数波动也能得到所希望的调节质量。在这种情况下，简单的D型调节器是不够的，因为800Hz范围内的相位丢失太大（图4)会导致闭环控制不稳定。因此借助于林合成，设计一种基于模型的强力调节器，实现计算机实时控制。为了研究活动阻尼对系统的影响，在电主轴装刀具的悬伸端用一个脉冲锤激振，测量用调节器和不用调节器时主轴的响应情况，测得的位置信号在时域的如图5所示，在频域的如图6所示。图5表明，带闭环控制的系统一方面保持了稳定，同时高频振动受到明显的抑制。在图6中80OHz范围内振幅很小就很好地说明，信号被抑制的部分对应于电主轴的弯曲振动模式。图5中，随时间变化的信号没有被抑制的部分是由电主轴固有的低频振动引起的，这与图6所示相符。按要求，400Hz以下的固有振动模式不用调节器抑制，因为，实际高速切削时，不会引起这种振动。
初步试验结果表明，普通支承的主轴用混合支承方案并在刀具附近安入执行元件是可行的。因此，高速加工电主轴的下一步工作是把外部执行元件直接连接在主轴上。用这样的结构，进一步研究这个方案在实际铣削过程中的消振能力。然后设计一个实用的由滚珠轴承和电磁执行元件混合支承的高度集成的电主轴总体方案。
总之，电主轴是数控机床的关键部件，我国也有多家企业和高校在研制，德国Darmstadt大学的研究思路值得参考。
