高速電気主軸は高速工作機械の核心部品として、このような工作機械の主要な熱源でもある。高速工作機械では、電気主軸ユニットの各部の剛性と精度が高く、作業負荷が小さく、切削力による電気主軸の加工誤差も小さい。しかし、電気主軸におけるモータの発熱と軸受の摩擦発熱は避けられず、処理が適切でなければ、それによる熱変形は工作機械の加工精度を大幅に低下させることになる。そのため、高速工作機械において、電気主軸の熱特性は加工精度に影響する主要な要素となり、電気主軸の回転速度の向上を直接制限した。

高速電気主軸の熱源、高速電気主軸の熱変形は主にモータと主軸軸受の発熱によるものである。工作機械の加工過程において、モータの出力電力は、空転時に消費される電力と切削時に消費される電力の和である。高速加工において、工作機械のアイドル消費電力変換の熱は高速加工工作機械の主要な熱源となる。スピンドル軸受は高速運転時、複雑な摩擦現象が存在し、加熱強度を激化させ、電気スピンドルシステムの熱変形に直接影響する。

同時に、モータの熱が軸受に伝達されるため、軸受の温度が高くなり、軸受の摩耗が加速し、精度の損失をもたらし、深刻な場合には金属結合火傷現象まで現れ、軸受の失効を招いた。主軸の熱強度は主軸システムの構造、軸受のタイプ、配置、予締力、潤滑剤と伝動方式と密接に関連している。試験により、同じ寸法と規格の鋼球とセラミックス球のアンギュラベアリングは回転数が異なるときに温度上昇が似ているが、主軸回転数がさらに上昇するにつれて、ベアリング温度上昇が急激に増加していることが明らかになった。軸受の予締力の増加に伴い、軸受発熱量も急速に増加する。また、オイルガス潤滑システムでは、オイルとガスが互いに混合して軸受を冷却し、その中で空気冷却が大きな割合を占めている。

主軸の熱変形のメカニズム、工作機械の主軸は動作時に内部、外部の熱源の作用の下で、これらの熱源は一般的に非一定である。加工条件によって変化の程度が異なり、主軸の各部の材料、形状、構造が異なり、その熱慣性量も異なる。また、コネクタ間の結合面の熱抵抗、主軸表面と異なる伝熱条件などの要素により、主軸は複雑で変化の多い温度場を形成する。このような温度場の作用の下で、主軸部材の材料は熱応力と熱変位を発生し、これは材料の物理特性、部品の形状と支持接続の状態と異なり、主軸の熱変形問題をより複雑にし、主軸の熱変形の研究に大きな困難をもたらした。加工中、工作機械の加工精度に影響を与える熱源は、内部熱源と外部熱源の2種類に分けることができる。

主軸システムの温度上昇とは、通常、外部負荷と外部熱源の影響がない場合の典型的な領域温度と環境温度の差を指す。エンジニアリングでは、スピンドル前軸受の外輪は、システムの温度上昇を測定する典型的な領域としてよく使用される。システム温度が高くなるほど、部品の熱変形が大きくなり、精度損失の可能性が高くなり、システムの熱状態特性が悪くなる。主軸システムの動作精度に影響する重要な要素は温度上昇ではなく、温度場の分布、すなわち主軸軸線に対する温度場の対称性と温度勾配である。上昇温度の過程では、主軸自体が軸方向に延び、主軸の前後に支持される中心位置が径方向に変化する。前支持の直径と荷重は通常後支持より大きく、前支持の発熱量も後支持より大きいため、前支持と前箱壁の温度も後支持と後箱壁より高く、主軸の作業端は熱変形によって半径方向に変位し、台頭現象を引き起こす。

高速電気主軸の放熱は、内部、外部熱源の作用の下で、高速電気主軸の各部の温度が異なり、熱は常に高温から低温に伝達される。電気主軸には3つの基本的な伝熱方式が存在する。固定子が発生した熱の大部分は対流を通じて冷却水や油に持ち去られ、小部分は対流と放射を通じて固定子の周りの空気に伝達される：回転子が発生した熱の一部は熱伝導を通じて直接主軸と軸受に伝達され、他の部分は対流と放射を通じて所定子に伝達される。

モータ固定子油―水熱交換冷却システム、高速電気主軸は通常油―水熱交換システムを採用し、オイルポンプは絶えず大流量の冷却油を出力し、モータ固定子冷却スリーブの螺旋溝を通じてモータ固定子と熱交換を発生し、更に出力回路を通じて水と熱交換を行い、油を冷却した後にオイルプールに戻し、循環冷却を実現する。主軸軸受の油−ガス潤滑システムは、一定圧力の圧縮空気と定量出力された少量の潤滑油とを一定長さの配管内で混合する。パイプ内の圧縮空気の流れを通じて、潤滑油をパイプ内壁に沿って絶えず流動させ、油ガス混合物を軸受の近くに取り付けられたノズルに送り、更にノズルを通じて軸受内輪と転動体の接触点に噴霧し、潤滑と冷却を実現する。

電気主軸と周囲空気との間の伝熱は、高速主軸モータの動作時に表面が比較的に暑いため、大きな温度差の下で自由対流熱交換が発生し、同時に放射熱熱交換も存在する。発熱が主軸性能に与える影響、特に主軸軸受性能に与える影響を減らすために、構造設計過程において、主軸モータのロータと軸受の間に冷却リングを取り付け、モータ発熱が主軸軸受に与える影響を効果的に減少させ、軸受の使用寿命を延長することができる。