主轴的最高速度能达到多少，是由它们轴承的动态特性所决定的。主轴制造商的目标是基于主轴的速度，设计使用尽可能大的轴承，提供应用状态下最大的刚性。主轴转速越快，轴承和主轴的轴必须越小，这便导致了主轴的刚性减小，使主轴上所能使用的切削刀具的尺寸、型式和长度受到限制。另外，由于速度增高，主轴的可用转矩也减小。
“全能”主轴
模具制造商都希望使主轴具有更高的特性：转矩、功率和速度，特别是对于中型和大型机床。美国俄亥俄州Absolute Machine Tools Inc. 公司总裁Steven A. Ortner先生说，把这些特性结合在一起的要求，这便促使他们对集成电动主轴产生了兴趣，集成电动主轴是把马达集成在装置之内。集成主轴将主轴的轴用作驱动它们的电动机的转子，将主轴的壳体用作定子。Ortner先生说：“我们认为要生产硬铣削模具的光洁表面，集成主轴是必须的。” Absolute Machine Tools公司制造的、用于加工模具的大多数大型机床都装有Weiss Spindle Technology公司 (www.weissspindletechnology.com)制造的15000转/分的 HSK-A 100集成主轴。
集成主轴产生的振动小，有很好的热稳定性，对于所有型式的主轴，都有很小的热变形，适用于需要高的加工速度和高的表面光洁度的情况。因为它们有特别好的平衡性，产生的噪声也很小，此外，还有很好的加速度和减速度特性。当然，集成主轴也是最昂贵的主轴，维修费用也比较高。
大多数 HSK- A 100主轴限制在8000到12000转/分，这是因为大的刀具相应需要大的主轴轴承，这就限制了主轴的速度。通常这些主轴的转矩为150磅-英尺，在全功率下它们产生3000转/分到10000转/分的转速。Ortner先生说：“我们的HSK-A 100主轴能力范围适合我们大多数的需要。它在1000转/分的速度下，达到全功率，转矩大约300磅-英尺，马达功率约为50马力。” 低速功率提供多用性，以切削多种工件。刀具能粗切，用直径最大3英寸的铣刀可快速切除大量材料，并有足够的速度来精切那些已经粗切过的零件。
Ortner先生说，对于模具、汽车、航空航天行业中通常使用的高速应用情况，HSK刀具系统已经成为标准。HSK刀具系统有一个刀具夹紧系统，在刀具内部夹紧，在较高的速度下膨胀，增强了夹紧力。他还说，HSK刀具系统的短锥，使轴承更接近主轴端，这样也增加了刚性。
速度设计
Weiss公司销售和开发经理Jeffrey A. Watts先生说，设计主轴达到某一个速度，绝不能只考虑到主轴的动态特性，而必须要考虑到更多方面。设计参数包括考虑工件材料的切削特性、需要的切削速度和刀具限制等。Watts先生说，Weiss公司使用由英国哥伦比亚大学Yusuf Altintas教授开发的计算机模拟程序SpindlePro来分析主轴的性能。该软件程序预计主轴的速度、接触载荷和轴承的转矩，以及在任何载荷和切削力下箱体支承的响应曲线。Watts先生说：“我们最佳化主轴的配置，考虑驱动轴、马达、润滑型式、传动机构、轴承型式和刀夹、刀柄、刀杆的型式。决定轴承的位置，要保证切削时无震颤和振动。在考虑所使用的刀具时，我们用SpindlePro软件来确定主轴的动刚性(即静刚性与阻尼的组合)、功率、转矩和最佳化切削被加工材料时所需的动态特性。” nextpage
SpindlePro程序经常被用来为工厂的长期加工工序优化主轴。但也能为现有的主轴改善刀具和切削参数。Watts先生指出：“使用特定主轴，改变刀具或速度，可以大大地改变性能和生产率。”
检查参数
Ortner先生说：“如果只是你有一个超高速的主轴，但这并不意味着你能以很高的速度进行所有的工作，你还必须考虑你所切削的材料。”他还补充说，例如在航空航天工业中切削铝时，其切削速度便可以比在许多模具和汽车行业中切削硬钢要高些。在模具和汽车行业中，刀具的限制决定了切削速度。
用错误的进给、速度和刀具进行切削时，能损坏高速主轴。Absolute Machine公司和 Weiss公司联合开发了软件程序，以帮助用户决定切削参数的极限和刀具的特性，防止主轴损坏。车间要确定其应用参数是否适合于主轴，可将刀具直径、刀具的出屑槽数、速度、进给率、径向和轴向切深以及刀具长度等输入到该软件程序中。然后，该程序确定轴承的过载极限、工艺装备对接的弯曲力矩极限，并优化切削参数。
解决发热问题
在切削过程中，主轴受热膨胀是一个问题，特别是对于致力于精密加工的工厂。主轴热胀在模具加工中是一个问题，在任何加工中，热胀都可能会导致刀具撞毁，在极少的情况下，甚至可能会损坏高速主轴。
Ortner先生说：“为了达到高精度，尽量减少操作者的误差，在几乎所有安装Weiss 公司的HSK-A 100主轴的机床上，我们都提供一种热补偿系统。”该热补偿系统，按照加工前预先已有的机床热膨胀图，自动调节X、Y或Z轴的热变化量。而热膨胀图是通过把从自动激光调刀仪得到的刀具位置数据，与由主轴内的温度传感器产生的主轴轴承温度数据进行比较而产生的。当主轴运行起来并发热时，该系统随着主轴速度和操作时间的长短，产生一个预料的主轴热增长曲线图。该热增长曲线图的数据被载入机床的控制系统，在这种情况下运行，操作者不用看管。Ortner先生说：“这样，控制系统便可以知道在某一速度下需要操作多长时间，主轴由于热胀将会增长多少。然后，控制系统将会适当的对轴进行调节，以补偿这一增长量。刀具的变化，需要再绘出机床的曲线图。”
智能加工
米克朗(www.mikronuus.com ) 公司的高速加工智能技术，包括高速加工中心上的组件，可以提高工艺过程的可靠性，优化加工性能，实现无人看管。
先进工艺过程系统(APS)组件，在铣削过程中，测量主轴轴承的振动水平，并把振动水平显示在监视器上。显示的颜色随振动的范围(g值)而变化：0到3g是绿色，表示性能良好；3到7g是黄色，表示需要改变工艺过程，以防止主轴或刀具过早损坏；7到10g为红色，表示继续处于此范围会导致损坏主轴、机床、刀具和工件。
APS还设置了g值的极限，用于警告和自动停机。测量的振动能记录下来，用于分析。
另一个智能加工组件，即所谓操作者支援系统(DSS)，使操作者能优化速度、精度或表面光洁度，这些是高速加工复杂的3维轮廓时经常要考虑的因素。达到这些随应用情况而变化的目标值，需要隐修改和通常所谓的机床性能调整的、难得到的参数，包括数百个有关的CNC参数，诸如伺服环增益、轴急跳(冲击)值和平滑滤波器。
通过优先考虑这3个目标值，操作者能用操作者支援系统(OSS)的专家控制系统和一个图像接口，优化机床性能的调整值。也能选择轮廓的复杂性和工件的重量。
