高速加工技术在机械制造业是一次具有突破性的技术革命。电主轴技术在高效加工技术领域起着举足轻重的作用，对机床加工精度、表面质量和加工效率影响很大。因此对电主轴进行静、动态特性和热态特性分析并对其结构进行有限元分析和优化设计对提高机床设计水平和生产效率有重要意义。本课题的主要研究内容如下：（1）确定了电主轴结构中，主轴电机、轴承、阶梯过盈套、轴承的润滑系统及主轴冷却系统的类型，完成了电主轴单元主要结构的参数设计，最后通过机械设计手册完成轴的设计，计算得到轴的一阶临界转速。（2）电主轴的静态特性分析完成对角接触球轴承结构建模与力学特性分析，根据计算结果到轴向预紧力对前后轴承的径向刚度影响。利用Pro/E造型软件建立电主轴的三维模型，将模型直接导入到ANSYS有限元分析软件中，通过电主轴的静力变形云图，验证电主轴的静刚度符合设计要求。（3）电主轴的动态特性分析利用ANSYS动态分析模块完成了电主轴的模态分析与谐响应分析，获得模态与谐响应分析特性，验证电主轴的结构设计可以有效地避开共振区。（4）电主轴结构优化设计先介绍优化设计概念、优化准则、优化方法，在此基础上，建立了参数化的有限元模型并确定了设计变量、目标变量、状态变量。通过优化前后主轴的静动态特性对比，验证优化后电主轴的结构参数更加合理。（5）电主轴的热态特性分析完成对电主轴电机的发热和轴承的摩擦损耗发热的计算，在此基础上建立了电主轴热分析模型，用有限元分析软件对其进行分析求解。对采取改进措施后的电主轴模型再次进行了有限元的热分析，分析结果说明对轴承外圈进行水冷却这种措施对改善轴承处的温度场分布有很明显的效果。