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随着制造业对数控加工的速度和精度要求日益提高,人们对高速高精数控机床的研究也不断深入。高速高精数控机床高主轴转速、大进给速度、高运动精度和高加工精度,需要其零部件具备高精度和良好的动力学性能和热力学特性来保证。因此,对数控机床在设计阶段进行性能评价,或在改进定型前进行优化,有利于提高整机质量、可靠性和经济性。本文是针对江西省教育厅“光机电一体化”产学研重点项目“高速高精数控车床研发”的内容进行研究的。该项目资助的“GSCK200A型高速高精数控车床”已由南昌凯新精密机械有限责任公司投资生产,正在调试样机。因此,本文是在该项目前期设计制造的基础上进行研究的。论文主要采用有限元分析法,针对该项目的主轴单元进行动力学性能和热力学特性研究,主要理论模型和特性分析结果与实际情况进行了比对,得到了验证。本文主要内容如下:(1)在大量查阅国内外资料的基础上,综合分析了国内外高速切削加工和高速高精数控机床的现状、发展趋势、关键技术以及国内急需解决的主要问题。(2)分析了适用于动力学特性分析的建模方法及其优缺点;基于有限元法针对GSCK200A型高速高精数控车床的主轴单元进行了动力学特性研究。(3)建立了GSCK200A型高速高精数控车床主轴单元各零部件的三维有限元模型,并根据实际情况进行了必要的修正。利用有限元软件ANSYS进行分析计算,获得了主轴单元中主轴和轴承等主要部件的相关特性。特性分析结果与实际情况进行了比对,得到验证。(4)研究了主轴单元的热力学特性,利用有限元法建立了GSCK200A型高速高精数控车床主轴单元的热力学模型,确定了主轴单元的主要热力学参数并进行了分析。通过对高速高精数控车床主轴和轴承的热-结构耦合分析,研究了受力和热变形对高速数控车床主轴单元的影响。(5)对主轴单元关键零件进行了优化分析,提供了改善高速车床主轴单元的结构和刚度的合理性方案。通过本文研究,为GSCK200A型高速高精数控车床的设计开发提供了理论支持,也可为高速机床主轴单元结构设计中的类似技术问题提供参考依据。