高速电主轴是高速加工机床的核心功能部件,开发拥有自主知识产权的电主轴是机械加工行业的迫切需求。针对高速(51000r/min)磨削用电主轴的开发,开展了比较系统的设计研究工作。1. 完成了6SD51型高速磨削电主轴的结构设计工作,制造出了首批样机(与无锡机床股份有限公司合作)。结构上采用当前比较流行的内置电机、水循环冷却、角接触混合陶瓷球轴承支承、油气润滑与弹簧预紧的典型形式。试运行发现:各项性能指标基本达到设计要求,但临界转速未达到设计值,轴承使用寿命未达到额定值。2. 根据滚动轴承的分析理论建立了角接触轴承的动态模型,对其动态特性进行了研究,并开发出了通用的滚动轴承分析软件。研究结果表明:随转速升高,轴承的接触角、接触应力、内圈位移、旋滚比及刚度均呈现显著的非线性变化特征。其中内圈轴向位移先小幅降低而后急剧增大;轴承径向刚度及轴向刚度值也是先下降而后上升,且变化范围较大。陶瓷球轴承的动态性能明显优于传统的钢球轴承。滚动轴承动态特性分析软件可对不同规格、大转速范围内的球轴承进行动态分析,并具有较强的后处理功能,能输出各类动特性性参数的数据和曲线图。3. 在考虑轴承刚度随转速非线性变化的情况下,建立了电主轴转子—轴承系统的动力学分析模型,基于传递矩阵法开发出了通用计算软件,对其临界转速特性进行了系统研究。研究结果表明:轴承径向刚度的非线性软化现象导致电主轴前两阶临界转速显著降低,高速主轴临界转速计算必须考虑主轴转速对轴承刚度的影响;电主轴的第一、第二阶临界转速均随轴承轴向预紧力的增大而有所升高,但一阶临界转速升幅不大;砂轮参数是影响临界转速的主要因素,随着砂轮悬伸长度与质量的增大,转子的一阶临界转速较大幅度下降,但二阶临界转速下降趋势不明显。电主轴动力学分析软件具有较强的前、后处理功能,可计算其任意阶的临界转速并输出主振型。4. 为优选油气润滑参数,延长轴承使用寿命,设计了高速轴承润滑性能试验台,包括滚动轴承径向刚度测试台、固液二相流接触疲劳试验台及固液气三相流润滑试验台,并设计了试验方案。目前,试验台的核心部件-被试轴承组件已研制并装配,外围设备,包括油气发生器、液压油站、变频器和各类传感器等均已到位。