高速电主轴作为数控机床加工的核心部件,其性能是制约机床加工效率和精度的关键因素。随着高速电主轴向高转速、高精度、高效率方向的发展,对电主轴的动力学特性提出了更高的要求。由于电主轴—轴承—刀具系统结构复杂,转速高,容易引起振动过大、裂纹、热变形等故障,严重影响加工零件的加工精度和质量。因此,对高速电主轴动态特性的研究具有十分重要的意义。首先,基于有限元法建立高速铣床电主轴—轴承—刀具系统的动力学模型,对轴承刚度条件进行计算和分析,研究电主轴—轴承—刀具系统的动态特性,对比分析了有刀具和未安装刀具的两种不同情况,发现安装刀具之后,系统的固有频率和临界转速降低,稳定性较差。其次,分析了高速铣床电主轴—轴承—刀具系统不平衡响应特性,得到了不平衡量的大小和位置对系统的动态特性的影响。随着不平衡量的增大,系统振动加剧;增加轴承预紧力,可以有效改善系统振动的情况。此外,通过理论分析,建立铣削系统动力学模型,对电主轴—轴承—刀具系统在铣削力的作用下进行动力特性分析,发现铣削力参数不同,对系统的动力学特性影响不同,每齿进给量影响最大,铣削深度的影响次之。系统的动态特性受轴承预紧力的影响,在铣削力作用下,可以通过增加轴承预紧力,提高系统抵抗变形的能力,提高系统的可靠性。最后,在不均匀温度场下,系统发生热变形,对节点施加不同的弯矩来模拟不均匀温度场下的热变形故障,分析系统的动力学特性。发现随着弯曲变形的增大,系统转子中间部分的动态响应最大,且系统对低阶频率响应敏感。通过增加轴承预紧力可以改善电主轴系统的热变形情况。基于上述研究,分析电主轴在不平衡力、铣削力、热变形下的动态特性,为电主轴—轴承—刀具系统向高精度、高转速、高可靠性的方向发展提供理论依据。