高速精密加工是继数控技术之后,使制造技术产生第二次革命性飞跃的一项高新技术。高速精密机床是实现高速切削的基本前提,电主轴是高速机床的核心部件,有机床“心脏”之称,它的性能在很大程度上决定了机床所能达到的加工精度和生产效率。　　 高速精密角接触球轴承是高速电主轴最常用的支承元件,具有良好的高速性能和支承刚性。本文以角接触球轴承的Hertz接触理论和拟动力学为基础,在Matlab GUI中采用Newton-Raphson算法编写了求角接触球轴承的拟动力学非线性方程组的计算程序,分析了角接触球轴承定压、定位预紧中的接触角、旋滚比、摩擦力矩、接触刚度、轴承位移的速度特性规律,并对角接触球轴承的调压预紧机理进行了深入的研究。研究表明:电主轴的主轴轴承在定压、定位预紧结构中径向刚度会随着转速的提高而增大,轴向刚度在定压预紧中随着转速的提高而减小,在定位预紧中随着转速的提高先增大后减小。在调压预紧中,增大轴承轴向预紧载荷可以增大轴承的径向和轴向刚度。在转速和轴向预紧力中任一个因素的增大,轴承的摩擦力矩都会增大。为了提高主轴在全速范围内的精度稳定性,应适当调整主轴轴承的轴向预紧载荷,以提高主轴的旋转精度,减少轴承内部滚动体的陀螺与自旋滑动。　　 高速切削中主轴因切削力的作用产生弹性变形较小,机床工作误差主要由主轴系统热变形引起。本文在ANSYS中考虑了角接触球轴承油膜及接触的热阻,采用轴承有限元分析内“静拟动”和小接触面的技巧,对高速电主轴进行三维建模,通过有限元分析,得出高速电主轴的温度场特性、热变形特性以及对主轴轴承预紧变化的规律。研究表明:在散热过程中主轴轴承热流密度最大,对主轴的散热影响较大,主轴轴承的内圈温度较高,在温升作用下轴承会出现径向预紧效果；定压预紧结构中,主轴的热变形会改变主轴轴承的预紧力的分配,本文设计了可以采用前、后轴承对背对背安装、独立调压预紧的结构,以保证主轴轴承在高温下具有较好的预紧特性,提高主轴的旋转精度,降低轴承的摩擦生热,延长轴承的寿命；电机定子的端部温度较高,本文提出了设置导热性较好的定子端盖的方法,以降低定子端部温度,延长主轴电机的寿命。　　 综上所述,本文从理论上分别研究了高速角接触球轴承的预紧特性与主轴单元的三维热态特性。研究结果对于为提高电主轴的设计和应用水平具有重要的理论意义和工程应用价值。