摘要
高速切削加工技术作为集高效、优质、低耗于一身的先进制造技术，有着强大的生命力和广阔的应用前景。要应用和发展高速加工技术，首先必须有性能优良的高速数控机床，而高速电主轴是数控机床的核心，电主轴性能的好坏将直接决定高速数控机床的性能。本研究旨在根据实际需求，以加工中心电主轴系统的结构设计和性能分析为重点，首先对电主轴的关键技术进行了研究，对关键部分进行了初步设计，然后对电主轴的结构进行了详细设计，最后利用有限元技术对电主轴的静动态性能进行了分析，对提高电主轴的性能有十分重要的意义。本文在以下几个方面对高速电主轴进行了研究： 1、结合目前高速机床电主轴存在的问题对电主轴的关键技术进行了分析，对电主轴的轴承及其润滑技术、散热和冷却系统、刀具夹持系统和动平衡技术等进行了详细的研究，并根据课题研究目标，对这些关键部位进行初步设计。 2、对电主轴的整体进行了设计，包括轴承的选型及其刚度计算、电机的选型、轴的内外径、跨距、悬伸量等关键尺寸参数的计算，并在此基础上对轴的整体刚度、回转精度、临界转速和典型工艺条件下的切削力等进行了理论计算。 3、建立了主轴系统的“轴承-转子-轴-轴上过盈连接件”的有限元模型，利用ANSYS软件对轴的静力特性进行了分析，求解出静刚度；然后对模型进行模态分析，提取前六阶主振型和和固有频率，计算得出主轴的临界转速远高于主轴的最高转速，不会发生共振；最后对主轴前端和轴上关键位置进行了谐响应分析，得到了主轴的动刚度以及关键点的频率--位移响应关系，得出主轴的薄弱环节以及其在最高转速范围之内的动态特性。通过分析验证了主轴结构的合理性，得出主轴有良好的动静态特性。
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