高速电主轴单元是实现高速高精度加工的核心部件,它将机床主轴与电机融为一体,实现了机床主轴与电机的“零传动”。这种结构极大地降低了高速加工时产生的噪声和振动,提高了工件的加工效率。高速电主轴的振动性能直接影响工件的加工精度,因此对高速电主轴整机系统进行振动特性研究及优化设计,具有重要的工程实际意义。本文首先对高速电主轴整机系统的振动特性进行分析。采用传递矩阵法建立电主轴的转子-轴承-外壳动力学模型,分析了电主轴的横向振动形式;为了进一步分析电主轴整机系统的耦合振动形式,考虑主轴-刀柄结合面刚度的影响,建立了电主轴整机的有限元仿真简化模型,通过模态分析得出电主轴的固有频率和模态振型,结合模态分析结果对电主轴进行了谐响应分析,得到了系统频域响应特性曲线,结果表明电主轴的二阶频率为系统的薄弱频率。同时分析了电主轴结构的薄弱部分,为后续实验振动测点布置提供参考依据。为验证仿真分析方法的准确性,对高速电主轴整机进行了模态和动态振动实验。根据仿真分析的结果确定了加速度传感器的安装位置,采用锤击法对电主轴进行模态实验,并筛选振动测点对电主轴进行动态振动测试。将实验结果与有限元分析的结果作对比,研究误差产生的原因,验证了所建立有限元模型的仿真精度,为后续研究提供了仿真模型基础。以装配约束下的高速电主轴轴承位置参数为优化设计变量进行了样本点采样。对电主轴轴承位置之间存在的装配约束进行了分析,提出了一种改进的约束域内拉丁超立方采样方法,采用不同算例对比验证了该方法的通用性;采用改进的约束域采样算法开展了装配约束下电主轴轴承位置参数的样本生成工作,获得了满足装配约束的轴承位置参数样本,避免了无效点的采样和仿真计算。最后,进行了高速电主轴轴承位置的优化设计。分析了轴承位置参数对电主轴振动特性的影响,采用改进的约束域拉丁超立方采样方法获取的满足装配约束的轴承位置样本点,驱动仿真模型建立样本库,并利用样本库构建了符合精度要求的轴承位置Kriging代理模型,并应用NSGA-II算法开展了电主轴轴承位置的优化设计,结果表明优化后的电主轴轴承位置方案,相比初始设计振动性能有着显著提高。