高速电主轴是实现高速加工的核心部件,相比传统主轴具有明显的优势,但在运行过程中,由于主轴的不均匀受热,导致主轴前端发生较大的热位移,影响机床的加工精度。因此,为明确热态性能引起主轴前端的热变形程度,对电主轴进行有限元仿真,得出电主轴的温度场与位移场,为解决由于热态性能引起的机床精度降低问题以及为电主轴结构优化设计提供参考。本文的主要研究工作如下:(1)陶瓷电主轴热源发热与对流换热分析。基于陶瓷电主轴结构和传热学理论,分析、计算了电主轴在稳定状态下的热源发热、电主轴与外界的对流换热系数和轴承的接触热导,并对相关理论公式进行了分析。(2)陶瓷电主轴温度场分析。针对电主轴典型工作条件,计算得出有限元分析模型的载荷,通过软件ANSYS计算得到电主轴的稳态和瞬态温度场,结果显示电主轴的最高温升区域在定转子间隙处,轴承内圈、滚子、外圈温升成阶梯上升分布,主轴温度对轴承的温升有影响。(3)陶瓷电主轴位移场分析。为得到更精确的位移解,建立了主轴的子模型,通过边界插值求得子模型的温度场,在此基础上进行热-结构耦合,求解其位移场分布。通过分析发现主轴前端总位移比钢制电主轴总位移要有所减少,在主轴加热过程中,电主轴前端位移无突变。(4)陶瓷电主轴优化。为提高电主轴的加工精度,以前后轴承到加工端距离为设计变量,以加工端热变形为目标函数对电主轴进行优化。