高速数控机床作为装备制造业的核心,其高速加工性能直接影响国家制造业的水平。而高速电主轴系统动态稳定性是影响机床高速加工性能的关键因素之一,其研究具有重要的理论价值及现实意义。本论文在国家973项目的支持下,开展了如下研究并取得以下成果:　　 系统研究主轴结构及前后轴承刚度对主轴模态、进而对铣削稳定性的影响。如果加工工件为模具或其他铸件,主轴通常要使用悬臂伸出较长的刀具。随着刀具伸出端的增大,主轴端部就成了铣削系统中的一个强度特别弱的点,容易导致铣削加工中颤振的产生。采用基于Timoshenko梁理论的变截面连续梁模型,获得主轴在刀具端部的幅频响应函数,将主轴的频响函数运用到颤振稳定性模型中,通过改变其主轴轴端悬臂伸长量、轴承跨距及前后轴承刚度等系统结构参数来进行主轴系统振动稳定性的研究。结果表明,轴端悬臂伸长量、轴承跨距及前轴承刚度通过改变主轴系统的低阶模态来改变其运动稳定性,并成为影响主轴模态的最关键的因素之一,主轴端部的固有频率及响应幅值的优化可以通过改变这几个结构及系统设计参数来实现。　　 研究当轴承间隙由大逐渐减小时,系统非线性振动响应的变化趋势。由于低摩擦特性及能承受轴向及径向的外力,现代高速机床主轴通常采用角接触球轴承支撑。由球轴承支撑的系统常常呈现出非常复杂的非线性动态特性。轴承系统初步安装时,通常会留有间隙,但随着转速的提高,受到温升及离心效应的影响,轴承的间隙会消失,甚至变成负数。因此,提出6自由度系统模型,并采用Floquet理论来研究系统周期解的稳定性和分岔现象。结果表明,当轴承间隙逐渐减小时,主轴系统振动响应特性会发生改变,从复杂非线性振动响应变为周期解。　　 研究非线性非光滑滚动轴承Hertz支撑条件下的铣削系统数值计算方法。由滚动轴承支撑的主轴系统的振动响应非常复杂,若将轴端时滞铣削力应用到主轴系统振动模型中,必然会发现以前从未注意到的新铣削现象。机床主轴动态特性研究中,使用Timoshenko梁单元来建立主轴转子有限元模型通常能取得比较好的效果,但采用Timoshenko梁有限单元离散方法,会导致主轴系统的自由度过高。若模型中考虑轴承的非线性非光滑边界动态支承条件时,不得不采用的数值方法要花费大量的时间来计算。因此,需要使用模态缩减法来对主轴有限单元模型进行简化。课题建立10自由度模态缩减模型,研究轴承非线性非光滑Hertz接触刚度作用下,系统动态响应特性。通过研究证明,模态缩减模型可以代替系统原模型来进行轴承非线性非光滑支承系统的铣削稳定性研究。　　 研究非线性非光滑轴承动态刚度支承条件下,铣削加工稳定图上稳定及非稳定铣削孤立岛及铣削半岛现象及动态响应。考虑到轴承非线性非光滑接触特性,采用10自由度模态缩减模型进行主轴铣削系统的稳定性及振动分岔的数值研究,计算结果包括铣削系统在加工中的振动分岔、相轨迹、Poincare映射及球轴承接触力等。研究结果证明,在某些铣削加工条件下,由于球轴承Hertz接触刚度的影响,铣削系统存在稳定或非稳定的铣削孤立岛或铣削半岛。不同铣削加工条件下,顺铣加工、逆铣加工及刀具径向铣削深度条件,铣削岛的出现规律进行初步探讨。为现代铣削过程预测稳定性加工区域提供理论基础。