主轴系统作为车床一个非常重要的部件,它直接参与车床车削加工,其静动态特性对切削稳定性和加工精度有很大的影响。滚动轴承作为主要部件对其动刚度及其影响参数的研究相对缺乏,主轴系统在研究方法上缺少对比。主轴系统传统的理论模型中虽然包含了大部分影响因素,但是各因素之间还比较孤立,没有考虑到它们之间相互作用的耦合情况。基于目前对数控车床主轴系统研究上的不足,本文以某型号的数控车床为研究对象完成了以下研究工作。(1)通过圆柱滚子轴承内圈平衡方程建立了静力学分析模型。基于分析力学理论和Hertz接触理论建立了圆柱滚动轴承的接触刚度模型,通过滚子与套圈的相互作用建立了轴承内圈和滚子的平衡方程进而得到了圆柱滚子轴承4自由度的动力学方程,并导出了动刚度模型。采用迭代法得到双列圆柱滚子轴承静载分布以接触半角中心线为准向两边衰减,并且在接触半角以外为0,几何参数(滚子数、径向游隙)和物理参数(载荷)以接触半角和最大接触载荷影响静载分布;动载荷随时间发生周期性的变化,承载区近似半正弦形式,非承载区为0。径向游隙、滚子数和载荷对轴承动载分布影响较大,转速对动载分布影响较小。双列圆柱滚子轴承径向静刚度呈非线性变化,载荷和滚子数可以提高静刚度,径向游隙可以降低静刚度,奇偶压状态和单双列配置对其也有影响;动刚度随时间波动,并呈现出周期性,并在相邻较大波峰间伴随较低波峰的出现,而且两个波峰正好出现在接触区内滚子数分别为奇数和偶数并成对称布置时。动刚度受到几何和物理参数的影响,其中载荷、滚子个数、径向游隙对轴承的动刚度均值以及波动性影响较大,而转速对其影响较小。此外滚子个数和转速决定了轴承动刚度的波动频率,滚子个数与径向游隙对动刚度突变点和突变波峰有着显著的影响。(2)基于经验公式建立了角接触轴承轴向载荷下的多参数轴向静力学模型。通过建立多个参数对角接触球轴承径向游隙影响的数学模型,依照轴承变形几何关系建立了 5自由度的内圈平衡方程,并导出了角接触球轴承动刚度模型。采用MATLAB软件仿真知角接触球轴承在轴向力作用下载荷沿圆周均匀分布,轴向载荷、滚珠数以及接触角对静载分布产生直接影响。角接触球轴承轴向静刚度同样为非线性变化,径向初始游隙、载荷和滚珠数有助于提高轴承静刚度,而沟道曲率半径系数可以降低其值。(3)考虑剪切变形的影响并采用有限元法对数控车床的主轴系统进行建模,并在动力学方程中体现滚动轴承的刚度特性。基于有限元法和传递矩阵法并通过MATLAB和SAMCEF软件计算了主轴系统的固有频率、临界转速和固有振型,在此基础上对主轴系统进行谐响应分析,瞬态动力学分析。采用有限元法与传递矩阵法进行对比,结果在误差允许范围内是相等的,且临界转速要远远大于工作转速不会产生共振。由主轴位移响应曲线和主轴关键位置的幅频特性曲线知主轴在固有频率处发生共振。主轴在轴承位置的瞬态响应曲线的基本趋势为位移先缓慢增大后快速衰减。轴心的轨迹是一个圆周区域,边缘呈现波动性。得到激励处轴段的动强度分布,并且呈现激励处最大,向两边逐渐衰减的趋势。综上所述,建立的主轴系统的理论模型是有效的。