[01257516]高速精密切削加工机床设计理论及其工程应用

项目组在国家科技重大专项、国家自然科学基金和江苏省科技计划项目支持下，围绕高速电主轴设计、整机动力学分析、整机热力学分析与高速运动副设计等开展较为系统研究，形成了一系列具有自主知识产权的核心技术。

主要科技创新点如下：

（1）突破高速精密电主轴动态设计技术：建立了滚动轴承磨削电主轴转子－轴承动力学模型和铣削电主轴转子-刀具拉杆-轴承耦合动力学模型，建立了大尺寸端面磨削电主轴刚性转子-空气轴承5自由度耦合动力学方程和高速空气轴承电主轴柔性转子动力学模型，提出了电主轴临界转速、不平衡响应、动刚度等计算方法;提出了电主轴最佳预紧力的计算方法，并提出了机械弹簧与液压系统混合作动的新构思，发明了预紧力可控电主轴技术;发明了主轴磨削冷却液中孔输送系统与薄片工件多尺寸真空夹具。形成了高速精密电主轴设计技术。

（2）突破高速加工机床整机动力学设计技术：建立了机床平面结合部等效动力学参数的分形几何模型，提出了平面结合部动态参数解析计算方法;建立了带滚珠丝杠副的机床直线导轨结合部完备的动态特性参数分析模型，率先提出了含滚珠丝杠的机床进给系统轴向振动分析方法;研究了基于结合面结构耦合的机床整机性能分析方法，提出了多项适用于高速加工机床的动态设计原则，提高了机床整机性能分析准确性和一次是的成功率，形成了高速加工机床整机动力学设计技术。

（3）突破高速加工机床整机热设计技术：提出了高速主轴部件的发热功率计算方法，研究建立了滚珠丝杠驱动的直线进给系统热力学模型，提出了磨削液“二次”热源的建模方法;建立了机床平面结合部接触热阻的分形几何模型，给出了接触热阻解析计算公式;发明了机床主轴中孔通水冷却和主轴箱循环水冷却技术;研究了考虑结合面热阻参数的机床整机热态特性分析方法，形成了高速加工机床整机热设计技术。

突破高速机床典型运动副结构创新与摩擦学设计技术：研制了滚动轴承油气润滑试验装置，揭示了滚动轴承油气润滑机理，建立了国内第一个高速轴承油气润滑基础数据库;

基于等离子喷涂技术，在轴颈碳钢基材表面制备TiO2涂层，提出了高速滑动轴承的减磨耐磨方法;

发明了具有大承载能力的自反馈静压球头铰链，推导了球头铰链的承载能力、轴向刚度、动态刚度与阻尼系数的计算方法形成了高速机床典型运动副设计技术。

项目成果获授权国家发明专利 33 项、软件著作权6项;发表SCI收录论文50余篇，被国内外同行广泛引用与正面评价。

关键技术先后应用于无锡机床股份有限公司的高速精密电主轴、300mm硅片精密减薄磨削电主轴、高速精密无心磨床、高速精密内圆复合磨床、高速精密轴承磨床和大型轧辊磨床，南京二机齿轮机床有限公司高速插、滚齿机和南通科技投资股份有限公司的高速精密立式加工中心的研发过程中，推动了行业的技术进步。