高速加工(HSM)已成为现代制造业的一个发展趋势,不但可以显著改善产品的生产效率,而且可以大幅提高生产零件的加工精度和加工表面质量并降低生产成本。高速电主轴是高速加工机床的核心部件,实现了“零传动”,具备惯性小、加工精度高、动态特性好等诸多优点。木材加工涉及锯、铣、钻等多个加工过程,结构紧凑的四头电主轴能基本满足木材加工的铣削、钻孔要求。为实现对木材的精密高效加工,要求主轴单元具备良好的动静态性能,因此采用有限元法分析其动静态特性,对于提高设计电主轴的实际工作性能有十分重要的意义。本文主要采用有限元分析的方法,应用有限元分析软件ANSYS Workbench,首先对木工四头高速电主轴进行仿真建模,然后分析计算得出其动静态特性,综合考虑了对电主轴动静态特性的主要影响因素。具体研究内容及结论如下:(1)分析了木工四头高速电主轴的结构。着重研究了电机配置形式、轴端密封方式的选择、轴承选型、润滑方式与配置形式的选择、电机冷却系统设计、动平衡设计等关键部件的选型与设计。(2)计算了角接触球轴承动静态刚度。基于赫兹接触理论推导出角接触球轴承的静刚度计算公式,并利用有限元法分析得出轴承动刚度。(3)研究了电主轴的静态特性。基于ANSYS Workbench有限元分析,经过建模、网格划分、施加约束与载荷等过程得出电主轴的静刚度,并研究了轴承的支承刚度及支承跨距对电主轴静刚度的影响。(4)研究了电主轴的动力学特性,主要是模态特性。采用有限元分析法,得出电主轴的固有频率及振型,通过计算得到其临界转速,并研究了轴承支承刚度对电主轴模态特性的影响。(5)通过试验模态分析得出电主轴的振动结果,对比研究有限元分析与试验模态分析的结果,得出二者平均相对误差为2.9%,验证了有限元分析的合理性,同时验证了电主轴设计的合理性。