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主轴系统是机床主要的机械部件之一，是改造中提升质量和效率的重要部分。
首先对主传动系统进行改造，使得主轴组件有较大的刚度、较高的精度、良好的抗振性和热稳定性，以保证加工中的强力切削和可靠性。
主轴轴承、传动齿轮磨损严重时一般要求更换。要改造更换的传动齿轮的齿面应采用高频感应淬火工艺，以增加其耐磨性，最后一级采用斜齿轮传动，使得传动更加平稳。在结构允许的条件下适当增加更换齿轮的宽度，以提高齿轮的重叠系数。
镗铣床的镗杆和滑枕的进给要改为独立的进给轴。由于原设计进给轴由一台进给电动机控制，采用摩擦片离合器进行切换，工作中经常发生故障，使加工产品的质量出现问题，特别是装有附件头进行工作时，经常出现故障。主轴系统配置镗箱的重力平衡和循环润滑装置。
在改造时，也应考虑保留镗箱内主传动系统的齿轮和换档变速机构。因为该机构一般能满足数控化改造的要求，同时又可以减少工作量和成本。在驱动方面一般将原主轴直流电动机改为交流电动机。