该文为江苏省十五重大科技攻关招标项目"高速高精度数控车床"中高速主轴系统的动力学建模、力特性和热特性分析、以及主轴系统动态优化设计研究课题,并参与开发出了拥有自主知识产权和具有刚性好、精度高、整机动态特性好等特点的CK1416高速高精度数控车床.该文的最大特点在于主轴系统的动态优化设计是综合了力和热特性的热-力结构耦合下的主轴系统动态优化,结果更为符合实际.该文的主要贡献和创新点包括:1.首次运用整体传递矩阵法计算主轴内外转子系统的动态特性.该法能方便地计及各转子的连接状况及转子陀螺力矩的影响,方法简单、精度高、易于编制通用程序.2.依照赫兹接触理论,提出了在预紧条件下滚动轴承径向刚度的计算方法,推导出在径向力作用下轴承角位移和角刚度的简便计算公式,并利用有限元法有效地解决了转子耦合支承刚度的计算问题,这也可为其他同类问题的解决提供参考.3.基于有限元法对主轴系统进行三维温度场建模和详细的热特性分析,在热-力结构耦合条件下计算主轴系统的动态特性和变形,结果包含了该系统的力学和热学性能,从而能更全面地描述主轴系统的动态特性.在此基础上优化设计的主轴将具有更好的动态性能.4.利用ANSYS的优化功能,通过APDL参数化设计语言对主轴系统进行基于热-力结构耦合下的优化设计.该法可以减少人工介入,通过自动寻优得到理论上的最优解,克服了传统"方案比较式"优化所得到的具有较大随机性结果的缺陷.5.应用有限元法首次对数控车床整机进行热特性分析.通过热源的确定,计算整机的温度场分布、热-力结构耦合变形,及由此造成的主轴头部跳动量的大小变化,由此表明CK1416数控车床整机的热变形对机床加工精度的影响程度.论文成果为高速主轴回转系统由经验、类比、静态设计向建模、优化、动态设计发展和高速高精度主轴系统的设计制造作出了有益的贡献.