高速切削加工技术是现代制造业中快速发展的一项新技术,高速数控机床是实现高速切削加工的装备基础,电主轴是高速数控机床的核心功能部件,其性能的优劣直接决定了高速数控机床的加工效率与加工质量。在系统研究电主轴静动特性的基础上优化电主轴的结构形式和参数,对提高高速数控机床切削加工性能具有十分重要的意义。本文首先研究了影响电主轴静动特性的最主要因素—滚动轴承支撑刚度的计算方法,建立了滚动轴承的拟动力学计算模型,并编制了相应的计算程序,与几类经典滚动轴承理论计算模型相比,该计算模型的完备性和便捷性能够满足工程分析的需要。其次,建立了基于Timoshenko梁模型的电主轴转轴模型,并将轴承及其结合部的综合刚度作为电主轴的支撑刚度,进而利用有限元法推导了电主轴静动特性的计算流程。然后,利用已建立的电主轴静动特性分析方法对某款电主轴进行分析,同时利用ANSYS商业软件对该电主轴的三维有限元模型的静动态特性进行了数值模拟。接着,将电主轴的实验测试结果与上述两种理论计算结果进行对比分析,结果表明,本文总结的电主轴静动态特性分析方法具有建模简单、模型修改方便、计算结果精度高等优点,非常适于电主轴的开发。最后,以HDJD50/20型电主轴为实例,在完成其主体结构设计后,利用该分析方法研究了不同结构参数对电主轴静动特性的影响程度,并最终完成该款电主轴的结构优化修正。本文的研究工作对电主轴静动特性分析和电主轴的结构设计与优化具有重要的工程参考价值。