高速加工技术作为机械加工制造产业的先进技术,对提高零件的加工效率和表面质量起了重要作用。主轴转速的提高使主轴轴承发热严重,同时产生严重变形,影响零件加工精度。因此,对主轴单元主要部件进行动态及热—结构耦合特性的分析意义重大。本课题首先对主轴系统进行总体结构设计,包括电机、支承轴承的选择、各主要部分参数的确定与计算校核;其次,采用有限元分析法对电主轴进行动态特性的研究,用Solidworks建立主轴系统的三维模型,导入ANSYS有限元分析软件先采用分块法进行模态分析,再采用模态叠加法对主轴有限元模型进行谐响应分析;然后,采用顺序耦合分析法进行电主轴单元的热—结构耦合特性的分析,在确定边界条件后,进行稳态热分析,再对热应力和热位移进行研究;最后,采用零阶函数逼近优化法对主轴热变形量作进一步优化。通过模态分析,得到电主轴前六阶的固有频率及振型,求解主轴临界转速,验证主轴设计参数的合理性;通过谐响应分析,得到电主轴两端径向位移与频率的关系曲线,发现发生裂纹的薄弱点是电机转子部分,提出采取提高前轴承预紧力、适度调整电主轴的跨距和前悬伸量的方法,改善电主轴的动态特性。通过热态分析,得到了电主轴温度分布、热变形和热应力场分布图,发现电机转子温升、径向位移量最大,外壳轴向位移量最大,轴承处应力变化最大。通过对主轴热变形的优化,降低了主轴前端的热变形均值,减小了最大变形量,降低了电主轴轴线跳动,提高了主轴传动精度。