高速主轴系统是精密数控机床的关键核心部件,其温升引起的热变形将严重影响机床的加工精度和使用寿命,采用冷却系统及时带走其产生的热量,是抑制热变形产生的有效手段。因此,设计一 套高效的冷却系统对于有效控制电主轴的温升和变形极具意义。本文借鉴航空领域的高效散热技术,提出了基于层板冷却的新型冷却水套结构,利用层板冲击射流与扰流柱强化传热具有极高对流换热系数的优势对电主轴定子进行有效冷却,以提高电高主轴的散热效果,减小其热变形。对高速电主轴的传统冷却结构进行了研究,详细分析了电主轴内部电机与轴承的生热,给出了电机与轴承的计算公式和适用条件,分析了定转子之间的换热、转子端部与周围空气的换热、电主轴与周围空气的换热。在验证了CFD 数值仿真方法后,对传统螺旋形冷却水套的流动与换热特性进行仿真分析,从入口雷诺数、冷却液初始温度对冷却水套换热影响。获得了不同工况下冷却水套的表而换热系致。基于150MD24Z7.5电主轴的几何结构,建立其稳态热分析模型,并对其温度和热变形进行计算。研究了不同冷却工况下对电主轴温度场与热变形场的影响。设计了新型层板冷却水套结构,采用数值仿真的方法研究了入口当量直径、冲击孔直径和扰流柱数目的改变对靶圈表面温度的影响,同时改变入口雷诺数和靶圈热流密度对冲击腔流动和换热特性的影响,获得了具有最佳散热效果的层板冷却水套结构。建立基于新型冷却水套结构的电主轴稳态热分析模型,对其温度和热变形进行计算,并将其与基于螺旋流道的电主轴的仿真结果进行比较。提出电主轴层板结构冷却水套试验台的功能要求,确定冷却试验平台的总体设计方案。试验系统主要由试验件、冷却液供给系统、试验件的加热系统、数据测量、数据采集系统等组成。基于前期的仿真结果,选择了最优几何模型设计了层板冷却结构,完成试验平台总体结构与试验件的设计。本文得到的结论为进一步减小高速电主轴的热变形、提高精密数控机床的加工精度提供有益的借鉴。