高速加工能显著地提高生产率和降低生产成本,是一项非常有前景的先进制造技术。实现高速加工的首要条件是性能优良的高速机床,而高速电主轴是高速数控机床的关键部件。电主轴转速偏低,动静态特性较差是限制我国高速数控技术发展的主要因素之一。由于陶瓷材料具有比钢材料密度小、弹性模量大、硬度高、膨胀系数低等优良特性,因此,本论文采用陶瓷(Si3N4)材料作为电主轴材料,针对电主轴转速提高、动静态性能改善等问题进行了阐述,并针对问题提出解决方法,进而完成高速陶瓷电主轴的设计和静动态性能分析工作。具体研究内容包括:(1)高速陶瓷电主轴的结构设计轴承的选型、电机的选择、过盈联结装置的设计、悬伸量和跨距的计算、刀柄的选择、动平衡设计。(2)临界转速的计算基于MATLAB软件,应用传递矩阵法对高速陶瓷电主轴和钢材料电主轴进行临界转速计算,并进行对比分析。(3)动静态特性分析利用Pro/E软件对陶瓷主轴和钢主轴建立较准确的三维模型,并用ANSYS软件对高速陶瓷电主轴和钢材料电主轴进行静态有限元分析,对得出的结果进行对比分析。应用ANSYS动态分析模块对高速陶瓷电主轴进行模态和谐响应分析,获得其模态和谐响应特性;并对其固有频率、临界转速、振型进行分析得出陶瓷电主轴的动态特性;对比分析传递矩阵法和有限元法的计算原理和所得结果。(4)优化设计应用有限元分析软件ANSYS的优化设计功能,对高速陶瓷电主轴的支承跨距和电机转子安装位置进行优化计算,达到提高刚度的目的。通过本研究可以证明,与同尺寸条件下的钢材料电主轴相比,陶瓷材料电主轴能够达到更高的临界转速和更优良的动静态特性。