随着高速切削技术的蓬勃发展,高速数控机床在各大行业中的应用日渐广泛。随着世界经济不断发展,企业间的竞争越来越激烈,为了加速企业自身经济的发展,促进企业技术进步,提高企业的市场反应能力,高速数控机床的研究开发已是当务之急。电主轴是高速机床的核心部件,而近年来出现的高速电主轴具有振动小、噪声低、加工精度高、稳定性好等优点,越来越受到人们的重视。因而对永磁同步电主轴进行优化设计以及动态特性分析,对提高高精度数控机床性能有着极其重要的现实意义。本文介绍了额定功率为14kW的永磁同步电主轴的设计,机械设计包括轴承的选型、轴承预紧力与刚度的计算、最佳支撑跨距的选取;主轴单元的润滑密封形式及冷却方式的确定;旋转部件的动平衡计算、温度场分析等等。电主轴动态特性对主轴的加工精度以及加工稳定性有着至关重要的影响。因此对永磁同步电主轴的动态特性进行分析是十分必要的。该部分研究工作包括建立了主轴实体单元的有限元分析模型,使用ANSYS分析软件进行了电主轴主要结构部件的模态分析,确定了主轴的温度场及其应力变化对主轴的弹性模量及刚度等动力参数的影响规律。根据分析结果提出了几种合理改善永磁同步电主轴动态特性的措施,为永磁同步电主轴的设计和改进提供参考。完成了永磁同步电机的电磁设计,利用有限元法分析了电机气隙径向、切向磁密以及电磁力的分布规律,计算了电机不平衡磁拉力的大小,确定了影响磁拉力变化的一些主要因素,并求出了在不平衡磁拉力影响下的电主轴的临界转速。电机的切向磁密是产生电机转矩脉动的主要原因,通过对电机的电磁场分析,确定了电机的瞬态转矩脉动。通过频率谱分析,发现了影响转矩脉动的主要频率成分,并且提出了几种有效抑制不平衡磁拉力和转矩脉动的方法。