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高速加工技术，作为现代制造加工技术的重要组成部分，由于其具有非常高的加工效率，同时更能保证加工零件的加工精度与加工质量，必然会成为未来金属切削加工的发展方向。而要实现高速加工，高速加工中心则是其必备的基础装备。高速电主轴作为高速加工中心的核心功能部件，其结构与性能的好坏直接决定了高速加工中心的整体工作性能。因此，对高速电主轴单元进行结构与性能的研究，对改善电主轴的结构和提高其工作性能具有十分重要的意义。本文首先简要介绍了电主轴的基本结构和工作原理，并根据课题的设计要求对电主轴进行了完整的结构设计，以及使用Pro/E软件建立了高速电主轴的三维实体模型；然后运用有限元分析软件ANSYS Workbench对设计的电主轴进行了静力学分析和模态分析，并在电主轴静动态特性分析的基础上对电主轴进行了结构优化设计；最后对电主轴的热态特性进行了有限元分析。具体工作如下：（1）根据电主轴的基本结构组成和设计指标，主要通过对电主轴整体布局的设计、电主轴芯轴主要结构参数的确定以及电主轴其他一些关键部件的设计和选择，最终完成电主轴的基本结构设计。（2）利用Pro/E软件，建立了高速电主轴主要零部件的三维实体模型，同时完成了电主轴的装配，为后续的电主轴性能分析提供了准确的实体模型。（3）利用ANSYS Workbench对简化的电主轴三维有限元模型进行了静力学分析，通过电主轴静刚度的计算，初步验证了电主轴结构设计的合理性。（4）在对电主轴动力学性能研究分析的基础上，运用有限元分析软件ANSYS Workbench对电主轴进行模态分析，研究了电主轴的固有频率、振型和临界转速，进一步验证了电主轴结构设计的合理性。（5）应用ANSYS Workbench的多目标优化功能，以提高电主轴静刚度和减小主轴质量为优化目标，以主轴前端悬伸量和前后支撑跨距为设计变量，对该电主轴的主要结构参数进行了优化设计，并通过电主轴的模态分析对结构优化前后的主轴第一阶固有频率进行了比较。（6）分析了电主轴的主要热源和传热机制，并且计算了电主轴内置电机和轴承在额定功率最高转速下的生热量与各部分之间的对流换热系数。然后在ANSYS Workbench中建立电主轴热分析的三维有限元模型，并进行电主轴的稳态热分析。最后通过对电主轴温度场分布的分析和讨论，提出了几个改善电主轴热态特性的措施。