由于刀片材料與涂層技術(shù)的發(fā)展，可承受的切削速度不斷提高，對(duì)鋼來(lái)說(shuō)切削速度可達(dá)250m/min，甚至達(dá)到350m/min；對(duì)鋁及鋁合金的切削速度可達(dá)1,200m/min，甚至1,800m/min（見(jiàn)表1）。機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速也在不斷提高，由4,000r/min提高到6,000r/min、8,000r/min，特別是近年來(lái)主軸的開(kāi)發(fā)，主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)24,000r/min或更高，這樣，對(duì)實(shí)現(xiàn)高速及超高速切削成為可能。
在主軸設(shè)計(jì)方面，主軸轉(zhuǎn)速與DN值（主軸軸徑X轉(zhuǎn)速），一般可達(dá)500,000～1,500,000左右，以ISO30、ISO40及ISO50的主軸為例，目前可達(dá)到的水平見(jiàn)表2。
表2
DN值 主軸軸徑d
mm 主軸軸孔ISO 最高轉(zhuǎn)速n
r/min
500,000 45 30 11,111
1,000,000 22,222
*l,500,000 33,333
500,000 60 40 8,333
1,000,000 16,667
*l,500,000 25,000
500,000 80 50 6,250
*l,000,000 12,500
注：帶* 者為該規(guī)格的極限轉(zhuǎn)速
高轉(zhuǎn)速每齒較小進(jìn)給從而達(dá)到較大的金屬切削量，比低轉(zhuǎn)速每齒大進(jìn)給的生產(chǎn)效率高70％～100％，而且由于切削扭矩的減少，大大降低工件的切削變形。對(duì)機(jī)床來(lái)說(shuō)是向著高速化和輕型化發(fā)展，這是目前金屬切削的一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)，一般轉(zhuǎn)速超過(guò) 8,000r/min被認(rèn)為是高速主軸。
由于主軸轉(zhuǎn)速不斷提高，對(duì)刀柄與刀具系統(tǒng)的平衡問(wèn)題變得越來(lái)越重要，未經(jīng)過(guò)平衡的刀柄與刀具系統(tǒng)轉(zhuǎn)速越高離心力越大。以50號(hào)刀柄為例，不對(duì)稱性一般為250gmm，如果在15,000r/min的速度下旋轉(zhuǎn)，將產(chǎn)生635N的徑向力，即使經(jīng)過(guò)精細(xì)的動(dòng)平衡到1gmm，在15,000r/min速度下旋轉(zhuǎn)，仍會(huì)產(chǎn)生2N的徑向力。這種徑向力達(dá)到一定程度時(shí)將使刀具系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)，其結(jié)果是：被加工表面質(zhì)量下降，刀具壽命縮短，甚至影響到主軸軸承的加速磨損，嚴(yán)重者將會(huì)使刀具和主軸損壞。
2.不平衡的定義
不平衡是一個(gè)旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量軸線（慣量軸線）與實(shí)際的旋轉(zhuǎn)軸線不重合。其單位為不平衡的質(zhì)量與該質(zhì)量中心至實(shí)際旋轉(zhuǎn)軸線的距離的乘積，以gmm計(jì)量。不平衡有3種表現(xiàn)形式。
靜力不平衡（單平面） 表現(xiàn)在一個(gè)旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量軸線與旋轉(zhuǎn)軸線不重合，但平行于旋轉(zhuǎn)軸線，因此不平衡將發(fā)生在單平面上。不平衡所產(chǎn)生的離心力作用于兩端支承上是相等的、同向的（圖1）。
偶力不平衡 表現(xiàn)在一個(gè)旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量軸線與旋轉(zhuǎn)軸線不重合
，但相交于旋轉(zhuǎn)體重心，不平衡所產(chǎn)生的離心力作用于兩端支承是相等而180°反向的（圖2）。
動(dòng)力不平衡 （雙平面）表現(xiàn)在一個(gè)旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量軸線與旋轉(zhuǎn)軸線不重合，而且既不平行也不相交，因此不平衡將發(fā)生在兩個(gè)平面上，可以認(rèn)為動(dòng)力不平衡是靜力不平衡和偶力不平衡的組合，不平衡所產(chǎn)生的離心力作用于兩端支承，既不相等且向量角度也不相同（圖3）。
圖1
圖2
圖3
3．解決不平衡的方法
機(jī)床用的刀具系統(tǒng)是通過(guò)錐柄與機(jī)床主軸由卡爪自動(dòng)拉緊，一般短刀柄組成的短刀具系統(tǒng)可視為靜力單平面不平衡，長(zhǎng)刀柄組成的長(zhǎng)刀具系統(tǒng)肯定是動(dòng)力雙平面不平衡（圖4）。
特別是精鏜刀，由于鏜刀桿及滑塊的偏移更是動(dòng)力雙平面不平衡。
(a)
(b)
圖4
(a)
(b)
圖5
對(duì)于短刀柄來(lái)說(shuō)，國(guó)外的一些廠家，采用在刀柄的某個(gè)方向與部位銑去一些金屬以達(dá)到刀柄本身的靜力單平面平衡，可以將普通刀柄的不平衡值從250gmm下降至50gmm甚至更低，這在500r/min以下是可以的，但加上刀具以后或在更高轉(zhuǎn)速的情況下，顯然不夠了。因此國(guó)外的一些廠家在刀柄上增加了兩個(gè)偏心環(huán)或平衡塊，進(jìn)行動(dòng)平衡，可以調(diào)到5gmm或3gmm。意大利D'ANDREA公司利用平衡環(huán)上的兩個(gè)平衡塊，通過(guò)小型刀具動(dòng)平衡儀，根據(jù)軟件所指示的數(shù)據(jù)，可以迅速地調(diào)到1gmm，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5a，圖5b為調(diào)整原理，T2及T3為平衡塊的離心力，C為T(mén)2及T3的合力，可抵消刀具系統(tǒng)的離心力U。
上面談到的是刀柄式刀具系統(tǒng)本身由于不對(duì)稱或質(zhì)量分布不均所產(chǎn)生的不平衡，可以采用靜平衡或動(dòng)平衡的辦法達(dá)到要求的平衡效果，但主軸與刀柄是錐面接觸，其公差帶將直接影響刀具系統(tǒng)質(zhì)量軸線的偏移，將擴(kuò)大刀具系統(tǒng)的不平衡值或者使之處于不穩(wěn)定狀態(tài)（圖6）。因此，必須提高錐度精度，一般廠目前仍使用AT5標(biāo)準(zhǔn)，即錐度公差為5μm，而D'ANDREA公司已采用AT3標(biāo)準(zhǔn)，即3μm。這將大大提高刀具系統(tǒng)與主軸的安裝精度及穩(wěn)定性，但在高速旋轉(zhuǎn)下，這微小的偏差也會(huì)因離心力的作用而擴(kuò)大化，加上主軸本身的變形，常規(guī)的ISO7388錐柄已經(jīng)不能滿足高速或超高速的需要，一般上限為8,000r/min，最大不應(yīng)超過(guò)10,000r/min。