数控机床是制造业的工作母机，其可靠性水平直接影响国产工业的未来发展，然而数控机床作为由多种独立功能模块组成的整机系统，研究其可靠性是相当困难的。电主轴作为数控机床的核心部件，是最具代表意义的关键功能部件之一,其可靠性的高低在一定程度上反应整机的可靠性，但受到机床工作环境以及工件制造工艺的影响，仅靠现场数据采集和数学建模研究电主轴可靠性，结论往往是不全面的。目前国内研究机构对电主轴的研究大多停留在空运转或静态力试验，并不能还原电主轴的真实工况，这对提高电主轴可靠性的帮助也是有限的。开发一种切实可行的电主轴模拟切削力加载方法已迫在眉睫。本文以电主轴为研究对象，首先从研究人员采集的电主轴现场故障数据开始，对电主轴进行FMEA故障分析，了解其主要故障模式和故障原因，再根据电主轴结构特点和工作原理，经过对车床、加工中心和磨床电主轴的受力分析，得到电主轴的载荷规律，采用不同加载方式有针对性的设计加载方案，介绍具体结构并阐述关键部件的工作原理，结合理论分析和软件仿真，从可行性角度分析加载方案的优缺点。本文针对实验室已经搭建完成的压电陶瓷加载试验台和液压加载试验台，提出改进方案，对方案中的主要结构，通过力学分析和软件校核等手段对比方案改进前后的结构特点，给出改进方案的优越性和可行性。为了达到精密装配以及保障试验准确性和安全性的目的，本文首次在改进方案中提出了同轴度检测装置和兼有辅助支撑与过载保护功能的安全装置，并简要阐述了同轴度的检测方法和过载保护装置的工作原理。本文根据现场采集的工艺数据，经过计算分析和数据有效性处理，得到车床和加工中心速度-载荷-频数关系三维图以及常用速度载荷频数比例表。依据实验室已有的研究成果，选用速度时间载荷谱作为基础，得出电主轴的常用速度载荷时间比例表，表内包含常用速度、加载力、加载扭矩和加载时间的对应关系，并根据表内的数据设计空运转试验以及加载试验，这为在实验室采集故障数据，研究电主轴可靠性提供了有力保障，具有重要意义。