以高切削速度、高进给速度、高加工精度为主要特征的高速切削和高速加工是当今先进制造技术之一。高速高精度数控机床是实现高速加工的关键因素,而高速主轴是高性能机床的核心部件。随着电气传动技术的迅速发展和日趋完善,高速数控机床主传动系统的机械结构已得到极大的简化,基本上取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接驱动,从而把机床主传动链的长度缩短为零,实现了机床的“零传动”。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式,使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来,因此可做成“主轴单元”,俗称“电主轴”。电主轴单元的结构设计、热态特性和动态特性在很大程度上决定了高速数控机床的加工质量和切削能力,也是影响其加工精度的重要因素。对主轴单元进行热态特性和动态特性的研究,对进一步提高高速机床的工作性能有十分重要的意义。本文以高速磨削类加工数控机床用电主轴为研究对象,以实现电主轴的高速、高精度为目标,采用有限元方法,运用ANSYS软件,对电主轴的热态特性和动态特性进行研究,具体工作如下:(1)分析了电主轴的结构特点,对主轴电机、主轴轴承、轴承润滑系统、电机定子的油一水热交换系统等关键部件进行了研究;并针对电主轴结构中的一个重要设计参数——电机与主轴的过盈量配合进行了分析计算。(2)分析了电主轴的传热机制,根据实际工况对电主轴工作时的热源及各部分的传热系数进行了计算,在此基础上,利用大型有限元软件ANSYS对本课题中所研究的主轴单元进行了热一结构耦合分析,研究了电主轴单元的温度场分布、主轴轴承的温升情况及主轴前端的热变形情况,并提出了抑制主轴温升的合理有效的措施。(3)分析了电主轴单元中所采用的特殊轴承形式——角接触混合陶瓷球轴承的结构形式及高速运转下的受力及动态特性,对其刚度进行了计算,在此基础上对电主轴进行了动力学分析,并通过实验说明了轴承的预紧力对主轴单元固有频率的影响情况,为优化主轴结构和改善电主轴的动态特性提供必要的理论依据,为高速电主轴的研究开发和应用奠定了基础。