现代数控机床综合应用机械设计与制造工艺、计算机自动控制技术等技术领域中的最新成果,正朝着高速度、高精度、复合化、柔性化等趋势发展。机床主轴系统的静、动态特性是影响机床加工精度的主要原因之一,因此将有限元软件应用于机床的设计过程,有助于提高机床的效率与设计水平。本文运用有限元分析软件ANSYS对主轴系统进行分析,具体包括:(1)在ANSYS中建立了主轴系统所用角接触球轴承的三维模型,对其进行接触分析,得到了轴承各滚动体在承受不同载荷下的位移云图,绘出了轴承的刚度曲线,并将分析得到的刚度结果与赫兹接触算法计算所得到的刚度进行了比较。绘出了轴承预紧力与轴承刚度之间的关系曲线。(2)建立了主轴系统的三维有限元模型,用combin14单元模拟轴承单元,对主轴系统进行了静力学分析,得到了主轴的静刚度。(3)对主轴系统进行了动力学分析,包括模态分析与谐响应分析。模态分析得到了主轴的四阶固有频率,计算了主轴的临界转速。谐响应分析得到了主轴轴身各点位移随频率变化的关系曲线。(4)对主轴系统进行了优化设计。建立主轴系统的参数化有限元模型,以主轴体积为优化目标函数,以主轴各阶梯段的长度、外圆半径为设计变量,以主轴前端静态变形、一阶固有频率为状态变量,对主轴系统进行优化设计,使主轴系统质量最轻,并具有良好的静、动态性能。