电主轴作为机床的关键功能部件,其工作状态、可靠性和性能直接决定了机床整机的性能。作为精密的机电液复杂系统,其性能很难直接通过经验准确评估。如果在预研阶段准确地建立电主轴的动力学模型,通过仿真计算可以大致掌握其性能指标,从而大幅缩短其设计和研制周期。本文对电主轴的动力学建模优化和动态特性进行了研究。以转子动力学、摩擦学为理论支撑,将电主轴的动力学建模分为三部分:角接触球轴承建模、刀柄-主轴结合部建模和主轴系统建模。在此基础上,提出一种结合了响应面和遗传算法的主轴结合部参数修正方法,并建立了基于修正参数的主轴系统动力学模型,最后通过试验对该方法进行了验证。具体研究内容如下:基于Hertz接触理论,建立了考虑预紧力的电主轴轴承滚动体的协调方程组,同时综合考虑预紧力、轴承转速的影响,建立了高速角接触球轴承的拟静力学模型。通过MATLAB仿真,分析了轴承转速和轴承刚度、滚动体载荷间的关系。简化了电主轴的结构,在此基础上基于Timoshenko梁单元理论建立了电主轴的有限元模型。通过理论计算建立了刀柄-主轴结合部模型,结合角接触球轴承模型建立了完整的主轴系统动力学模型,在此基础上讨论了结合部参数对主轴系统固有频率的影响。通过现场试验测试电主轴系统的加速度-力频率响应函数和固有频率,并将固有频率作为优化目标,刀柄-主轴结合部参数作为输入参数,通过对主轴系统进行仿真计算得到固有频率作为输出参数,建立了响应面模型。采用多目标优化算法对刀柄-主轴结合部参数进行优化,求解其优化后的主轴系统的固有频率和频率响应函数,并与试验结果进行比较分析,验证模型的准确性。在对主轴系统的模型进行优化后,分别考虑了不同部件的动平衡等级对于主轴端部响应的影响;同时,为了分析主轴系统在工作时的性能,采集了主轴在相同转速、不同切削深度下的多段加工信号,并将其作为输入载荷加载到主轴系统模型上,计算出了主轴系统在不同工况下的端部响应,并分析了输入载荷和端部响应之间的关系。