先进制造技术飞速发展，无论是传统工业还是新兴的制造产业，都离不开以现代化加工机床为中心的工作母机。现代机床正朝着高速度、高精度、高柔性的方向发展，各种类型的高速加工中心是近些年来重要的发展方向。众所周知，加工中心要完成一个零部件的加工，需要机床所有部件的协同作用，而高速电主轴便是其中最重要的零部件之一。　　本文采用计算机建模及有限元仿真技术，对高速电主轴及影响其性能的主轴箱体、直线滚动导轨以及机床立柱等部件进行结构分析与建模，并对它们进行有限元的建模，静力学、动力学的分析计算以及结构优化等。通过这些工作所得到的结果，对电主轴性能的优化及其在实际工作中的合理应用提供一定的理论支持。本文所研究的内容主要包括以下几个部分：　　（1）深入分析电主轴的结构特点，建立包含拉杆、刀柄、刀具等部件的电主轴系统模型。并对其进行简化，建立了电主轴系统的有限元模型。根据单位切削力公式计算切削45?钢的切削力，并计算了静态时轴承的支承刚度，随后进行电主轴结构的静刚度分析，得到其最大变形位置为主轴前端及刀具部分，值为3.21?m。　　（2）考虑主轴系统阻尼比、陀螺力矩效应和轴承刚度软化等三种因素，建立了电主轴动态分析的动力学方程。分析轴承刚度随转速的增加而发生的“软化”现象，并对其值进行了计算。将系统结构的阻尼比设定为0、1％和3%三种情况。计算了电主轴系统在静态以及高速状态下的固有频率和刀尖处的频率响应。结果表明，峰值出现在三阶固有频率附近，8000 r/min时。故实际使用时应避免此转速，且考虑转速引发的影响因素下，轴承刚度的软化对固有频率的影响大于陀螺力矩效应；而主轴系统的结构阻尼比会减弱轴承刚度软化对刀尖处频率响应的影响。　　（3）高速电主轴通过主轴箱体安装在机床立柱上，故研究机床立柱对电主轴静动态特性的影响是必要的。首先建立了电主轴、主轴箱、机床立柱等的三维实体模型，分析了直线滚动导轨结合面对电主轴-机床立柱系统静动态特性的影响，并识别了其结合面特性的参数。随后分别建立考虑和不考虑结合面影响的两种有限元模型，并对这两种情况下的电主轴-机床立柱系统静动态特性进行了分析计算。结果表明，在机床立柱的影响下，电主轴前端的最大变形为5.31?m，大于单独分析电主轴时的3.21?m。且在考虑结合面对电主轴-机床立柱系统静态特性影响的情况下，比不考虑结合面的计算结果（10.17?m）降低了将近一半。而电主轴刀尖处的频率响应，有无结合面的影响结果差距较大。与单独分析电主轴的情况相比，有机床立柱的影响其峰值（即可能发生共振）在转速6600 r/min左右。　　（4）为提高电主轴安装在机床上工作时的静刚度和动态性能，结合静动态计算所得结果，确定机床立柱为薄弱环节，并对其顶部和底部进行了结构的优化。优化后虽然立柱的质量增加了2.26%，但是其静刚度和最大应力都得到改善，X、Y、Z方向受力时的刚度分别提高了5.08%、3.09%和10.83%。最大应力 X、Y、Z轴分别降低了2.69%、6.40%和6.58%。而电主轴-机床立柱系统的静刚度也得到了提高，系统刀尖处的频率响应的峰值速度为7800 r/min左右，较优化前有所降低。