随着现代制造业的高速发展,人们对于数控机床加工精度的要求也越来越高,电主轴作为数控机床的核心部件,其固-热耦合特性的好坏影响了机床加工精度的高低。本文以传热学、热弹性力学、摩擦力学等理论为基础,分析了电主轴单元的固-热耦合机理,并在固-热耦合特性的基础上提出了电主轴冷却系统的改进方案。得到成果如下:基于Jones轴承模型,建立了综合考虑热效应和离心力效应的角接触球轴承载荷-位移模型,对轴承的固-热耦合机理进行了分析。首先进行了接触角、接触载荷和热位移的计算,并以此为基础分析了转速、预紧力、轴承热位移、轴承参数之间的相互影响关系。基于传热学与摩擦力学理论,建立了基于轴承和电机两个热源的电主轴固-热耦合计算模型。在此基础上得到了电主轴瞬态温度场及其引起的热变形情况,通过对电主轴温度变化和结构变形之间的耦合影响关系进行分析,得到了电主轴固-热耦合机理。基于ANSYS仿真软件,进行了电主轴固-热耦合仿真分析。将电主轴固-热耦合仿真结果与理论分析结果进行对比,验证了电主轴固-热耦合计算模型的准确性。基于电主轴的固-热耦合特性,对电主轴单元的冷却结构进行分析,提出了一种冷却流道的改进方案。改善了电主轴内部结构的变形情况,优化了电主轴的固-热耦合特性。