数控机床的刚度特性直接影响加工精度和表面质量。主轴的旋转会通过改变轴承的刚度和刀柄结合面的刚度等影响机床的刚度特性。目前国内外对机床刚度特性的评定主要是在主轴静止状态下进行的,不能真实反映机床在工作状态下的刚度特性。对主轴旋转状态下的刚度的研究以理论分析为主,因测量工具的不足导致很多理论模型未得到充分验证。因此,研发主轴旋转状态下的机床刚度测试系统,获取主轴转速对机床刚度的影响的规律,对于高档数控机床的优化设计具有重要意义。本论文首先研究开发了基于电磁加载的主轴旋转状态下的非接触刚度测量系统,给出了详细的设计方法,并制作了系统样机。具体工作包括:建立了非接触力加载装置的电磁模型;进行了热力学分析;通过电磁参数和结构参数的优化设计成功解决了电磁加载测量装置发热严重的问题。实验测试表明,所开发的非接触加载器可以在主轴较高转速下长时间稳定工作(实际测量可连续工作90min以上),实现机床主轴旋转状态下的刚度测试。论文还测定了在机床各转速下该测量系统所用的加载器的加载力与电流的关系。紧接着,在定性分析主轴转速对机床刚度的影响的规律的基础上,应用所开发的测试系统定量测试了主轴旋转状态下的机床刚度特性。研究表明,主轴转速通过轴承预紧力、轴承滚子离心力、轴承温度、轴承油膜刚度、刀柄接合面预紧力等对机床刚度产生影响,具体表现为:主轴刚度具有随转速的增加而先下降后上升的基本规律。最后,本论文对加工工艺和机床优化设计提出了建议,即:加工工艺应尽量避开刚度较差的工作转速,机床设计应适当增强x向的支承刚度。本论文研制的非接触力加载装置为主轴旋转状态下的机床刚度的测试以及主轴旋转状态下的刚度特性优化设计提供了可靠的技术手段。