可持续发展对于建设制造强国尤为重要,加强绿色环保先进技术、工艺与装备的研发与推广,是加快中国制造业绿色改造升级,实现可持续发展的必由之路。目前,我国齿轮的主要加工方式还是湿式滚切工艺,需要大量使用切削油液,造成车间的环境污染和影响工人的职业健康。然而高速干切滚齿完全消除了切削油液的使用,并且成倍地提高了滚齿加工效率,实现了绿色高效生产,是滚齿加工工艺的发展方向。由于没有切削油液的冷却、润滑作用,加上主轴转速大且加工参数变化范围广的特性,直接影响着高速干切滚刀主轴系统的动热态特性,进而影响着机床的工作稳定性、滚齿加工精度和刀具使用寿命等。鉴于此,本文在国家自然科学基金项目(编号:51475058)等的资助下,对高速干切滚刀主轴系统的动热态特性进行了理论分析,并进行了系统动热态特性的有限元仿真分析与优化,开展了一系列实验,验证了分析的可靠性,可以为高速干切滚刀主轴系统结构优化、工艺改进和参数优化提供有效支撑。首先,基于振动分析理论建立了高速干切滚刀主轴系统的模态分析模型和振动响应分析模型;主要从热传导和对流换热对滚刀主轴系统的传热机理进行了分析,并提出了高速干切滚刀主轴系统的热结构耦合模型;基于上述分析,为高速干切滚刀主轴系统的动热态特性分析提供了理论基础。其次,采用数值仿真的方法计算得到滚切力并结合相应的实验,对滚刀主轴系统的力载荷特性进行了分析;基于ANSYS Workbench平台建立了滚刀主轴系统的有限元模型并进行模态分析,得到了各阶固有频率和振型;采用分频段的振动谐响应分析方法,进行了多参数混合影响的切削载荷作用下滚刀主轴系统振动响应分析;从轴承刚度及阻尼、加工参数选择方面对滚刀主轴系统进行了动态优化。然后,重点从高速角接触球轴承发热和高速干切削过程发热对滚刀主轴系统的热载荷特性进行了分析;根据传热机制,对滚刀主轴系统的传热和散热进行了分析,并确定了热边界条件;建立了滚刀主轴系统的热分析有限元模型,得到了滚刀主轴系统在给定加工参数条件下的热分布及热结构耦合结果;从主轴转速变化、压缩空气的流量及温度方面对滚刀主轴系统进行了热态优化。最后,开发了相应的实验平台并开展了高速干切滚刀主轴系统的性能测试实验,包括:1)主轴敲击模态测试实验;2)不同加工参数组合下的加工过程振动响应测试;3)加工过程关键零部件温升测试。试验结果验证了仿真分析的可靠性。