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主轴系统等高端装备所需的关键零部件是我国制造装备技术发展过程中急需解决的瓶颈问题。论文以海天精工VMC系列立式铣床主轴为研究对象,进行具体的结构参数设计,并对主轴系统静动态特性及其热态特性开展研究工作,为主轴系统产业化打下基础。论文取得了以下研究成果：(1)完成了电主轴结构的初步设计,如设计主轴的整体布局、选择主轴结构参数、选择主轴电机和轴承等。并利用三维实体建模软件SolidWorks完成高速电主轴建模工作。(2)利用大型有限元分析软件ANSYS Workbench对电主轴系统进行结构静力学学分析,得到其静刚度,验证了本论文所设计电主轴满足静刚度要求。(3)为提高主轴静刚度、减小主轴质量,论文采用Ansys Workbench的优化模块Ansys DesignXplorer为优化工具,对电主轴系统前端悬伸量(a)和前后支撑跨距(L)进行优化设计,得到主轴系统a和L的最优解。(4)利用有限元分析软件Ansys Workbench对优化后的电主轴的动态性能进行分析,得到电主轴的低阶固有频率和振型,验证电主轴系统的一阶临界转速是否符合要求；然后对电主轴进行谐响应分析,得到电主轴系统在正弦周期激励下的固有频率,经过分析计算得到电主轴设计转速可有效避开共振区间的结论。(5)对电主轴内部热源及热生成率进行分析研究,模拟研究优化后的电主轴结构的热态性能,创造性的分析了电主轴恒功率变速范围内不同转速时的热态性能,分别得到了热态分析图。通过分析电主轴的温升情况,有针对性的提出改进措施。