电主轴作为数控机床的关键部件,其性能优劣直接影响机床加工精度和稳定性。而轴承预紧技术作为电主轴的关键技术且对电主轴的性能有着重要的影响,在实际生产中,由于轴承预紧方式单一,且轴承预紧理论基础有所欠缺,使得电主轴通常只能满足高速机床单一性能要求。为了能够同时实现高速机床低速重切削和高速轻切削的功能要求,达到高效率的主轴系统,需要一种可变预紧技术来确定不同工况下机床主轴所需的预紧力,并通过可调控的预紧力施加方式将预紧力施加于轴承。本文以HT17-24000-30型可变预紧力电主轴为研究对象,通过建立热位移的滚动轴承拟静力学模型,分析了在不同预紧方式下,高速机床电主轴运行状态下轴承预紧力的作用机理。其次建立了电主轴温度场有限元模型,研究了不同轴向预紧力和转速条件下轴承预紧力与轴承温升、热位移的耦合关系。然后计算了考虑轴承热位移、不同转速和预紧力下的滚动轴承动态刚度,并基于刚度变化建立电主轴转子系统有限元模型,通过模态分析研究了轴承预紧力和转速随电主轴系统动态特性的影响。最后对HT17-24000-30型可变预紧力电主轴进行了不同预紧力和转速下的温升和振动试验,验证预紧力对电主轴温度和振动的影响规律,并提出了一种最佳预紧力确定方法。通过研究发现,随着转速和预紧力增大,轴承温升和热位移显著增加,并且在定位预紧方式下,由于轴承热位移和转速升高引起的内圈径向膨胀量的增加会导致轴承实际工作预紧力大幅度增加。同时发现提高轴承刚度能够改善电主轴系统动态特效,并且当轴承热位移增加,轴承径向刚度随着增大,从而使电主轴系统固有频率增大。试验结果显示:在低速范围内,轴向预紧力的变化对主轴振动和轴承温度无明显影响;在中速范围内,随着轴向预紧力增加,主轴振动有较明显减弱,轴承温度有较明显增加;在高速范围内,随着轴向预紧力增加,主轴振动大幅度减弱,轴承温度大幅度增加。本文进行的温度场试验结果与仿真结果之间的误差在10%以内,能够较好的反应轴承预紧力的作用规律。将速度范围分成高速、中速、低速三段,考虑不同工况对轴承刚度和温升的要求,在不同的速度范围内引入不同的预紧力上下限权重值W1、W2,从而得出与转速和外部载荷对应的轴承最佳预紧力。