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高速加工是制造业发展的重要趋势,高速机床主轴则是高速加工机床的核心功能部件。随着加工速度的提高,对主轴系统的性能要求也越来越高;针对各类型高速机床主轴,进行动态特性分析,并开发出面向各类型主轴并且拥有自主知识产权的动态设计软件已经成为整个机床开发工作的迫切需求。本文的研究工作主要集中在以下几个方面:1.基于传递矩阵法和滚动轴承分析理论,建立了高速磨削电主轴转子-轴承系统的分析理论和方法。在MATLAB平台上基于GUI开发一系列电主轴分析通用软件,用于分析主轴的临界转速、主振型、不平衡响应以及动、静刚度等主轴动特性参数。2.完成5SD51A和5SD18-4等两款高速磨削电主轴的动态设计,分析了各种结构因素对主轴临界转速、不平衡响应和动、静刚度的影响。揭示了主轴前、后轴承轴肩长度、支承轴承预紧力、电机转子内径是影响主轴动特性的敏感因素。对电主轴结构进行了优选设计,使5SD51A和5SD18-4型电主轴的一阶临界转速分别提高了8.7%和3.6%,轴端静刚度分别提高了1.7%和3.6%。3.基于整体传递矩阵法和滚动轴承分析理论,建立了加工中心用电主轴多转子耦合情况下主轴分析理论与方法。在MATLAB平台上开发了基于GUI的计算加工中心用电主轴动特性的通用计算程序,完成了加工中心用电主轴动态设计,分析了主轴系统中各结构的动特性敏感度,提出了主轴结构的优选设计的方案,将主轴一阶临界转速提高5.6%,主轴端的静刚度提高7.3%,工作转速下的轴端动刚度提高7.8%。4.基于传递矩阵法、滚动轴承分析理论和滚子轴承分析理论,建立了无心磨床砂轮轴单元的分析理论和方法。在MATLAB平台上编写基于GUI的电主轴不平衡响应通用计算程序,并分析了MK11150型无心磨砂轮轴的动态特性。本文研究了高速磨削电主轴、高速铣削用加工中心电主轴和无心磨主轴三大类高速机床主轴的动态特性,分别建立了分析理论和方法,并开发了动态设计软件。通过企业实际使用表明:软件运行可靠,操作方便,为高速机床主轴的快速设计与动态性能优化提供了有力的工具。