随着高速加工技术地不断发展，电主轴作为核心部件，其发展和成熟是完善高速加工的关键因素。高速电主轴将电机与主轴结合，使能量传递更有效率，而内置的电机使得电主轴内部的电磁转换与主轴输出性能之间有着非常复杂的关系，从而呈现出非线性、强耦合、多变量的特性。为了改善电主轴的性能，在电主轴中引入磁悬浮技术。磁悬浮技术具有无磨损、寿命长、可靠性高、功率密度高等优点，在航天航空、能源交通、化工、机械等高科技工业领域有着广泛的前景。　　 本文研究构建一种五自由度的电主轴系统，该系统由一个无轴承异步电机与一个三自由度轴向混合磁轴承组成。无轴承电机作为一种新型电机，结合了电机与磁轴承的特性，结构简单，可靠性高，可有效改善电机性能，降低系统成本。轴向混合磁轴承利用永磁体产生静态偏置磁场，能够缩小磁轴承体积，提高磁轴承承载力，并有效降低功率损耗。在此基础上所构建的五自由度电主轴系统不仅继承了无轴承电机无磨损、高转速、使用寿命长等特点，而且大大减少了系统轴向长度，使系统结构紧凑，控制简单，更利于实现电主轴的高速稳定运转。基于此，本文以五自由度电主轴为研究对象，主要做了以下几个方面的工作:　　 首先，介绍了一种五自由度电主轴的结构，详细分析其工作原理，并利用等效磁路法建立无轴承电机与磁轴承的数学模型，根据磁轴承数学模型推导出其在三个自由度上彼此解耦，更加简化了电主轴的控制。其次，根据运行要求设计电主轴结构参数，运用AnsoftMaxwell15.0对样机模型进行磁场和悬浮力的分析，验证其结构机理和数学模型的正确性。基于无轴承异步电机结构的特殊性，对所设计的五自由度电主轴提出两种控制方法，使用Matlab/Simulink构建控制系统的仿真模型，并根据仿真结果验证控制方法的可行性。最后，设计了基于DSP的五自由度电主轴的数字控制系统，分别介绍了系统的硬件电路和软件设计流程，对控制系统进行调试后获得良好的控制效果，证明系统拥有良好的性能。