数控机床是装备制造业的工作母机,其技术水平是国家综合国力的象征。随着工业技术的进步,国产数控机床的功能和性能水平不断提高,但在可靠性方面仍与国际先进存在较大差距。电主轴是数控机床的关键功能部件,主要功能是为数控机床提供切削扭矩。在长期服役过程中,由于零件磨损等原因,电主轴的使用性能会逐渐衰退,严重影响数控机床的加工精度。因此,开展电主轴的退化分析及寿命预测的研究,对数控机床的预防性维修和可靠性提升都具有重要的意义。轴承作为电主轴重要的支撑件,其磨损和接触疲劳造成的性能退化是电主轴精度退化以及可靠性水平降低的主要原因,所以准确掌握电主轴轴承的性能退化规律是提高电主轴可靠性水平的重要基础。然而在实际加工过程中,电主轴受到多个方向、时变的静态和动态等多种载荷的联合作用,且由于电主轴中零件的复杂装配关系,各载荷间存在强烈的耦合关系,所以难以建立电主轴载荷与轴承性能退化之间的映射关系。此外,数控机床电主轴作为长寿命、高可靠性产品,在有限的时间内无法获得足够多的退化故障样本,采用常规的数据驱动方法难以准确地分析电主轴轴承的性能退化过程。针对上述问题,采用样本需求较少的物理模型能够考虑各载荷间的耦合关系,从退化机理的角度建立电主轴与轴承之间的联系。因此,本文提出了基于动力学的电主轴轴承退化分析及寿命预测的研究方法,旨在以动力学模型构建结构之间的载荷关系,通过建立轴承性能退化的物理模型,分析电主轴轴承的性能退化,从而研究电主轴的性能退化。本文主要工作及创新性成果如下:（1）建立了电主轴的非线性动力学模型。通过对电主轴结构和功能的分析,简化了电主轴结构,建立了电主轴非线性动力学模型,以用于构建电主轴动态载荷与轴承载荷之间的关系。其中,采用铁木辛柯梁单元模型建立了主轴多节点的离散动力学模型;通过分析结合面在径向力作用下的非均匀接触压力,提出了电主轴结合面非线性接触刚度的动力学建模方法;基于赫兹接触理论建立了角接触球轴承的非线性动力学模型。采用模态试验及加载试验对电主轴的非线性动力学模型进行了验证。（2）提出了基于动力学的电主轴轴承寿命评估方法。通过铣削动力学模型预测了实际工况下的动态切削力,以此作为电主轴非线性动力学模型的输入力,得到了轴承动态载荷的时间历程;采用雨流计数法和Miner线性疲劳累积方法将轴承动态载荷转化为等效载荷,以此评估电主轴各轴承及轴承组的理论寿命,实现了建立电主轴动态载荷与轴承等效载荷之间的关系。并分析了轴承预紧力、切削力、拉刀力以及转速对电主轴轴承载荷及寿命的影响。（3）提出了基于动力学的交互多模型粒子滤波的轴承损伤状态评估方法。通过分析轴承损伤退化的演化过程,以粗糙度、裂纹增长系数、裂纹长度及裂纹深度为参数,建立了轴承损伤退化的多阶段动力学模型。其中,提出采用裂纹长度增长、裂纹深度不变的动力学模型,解释在轴承裂纹扩展中出现的振动幅值下降的问题;提出了基于动力学的交互多模型粒子滤波方法,以轴承的振动均方根为观测向量,评估了轴承损伤退化的动力学模型参数状态,实现了动力学模型参数的实时更新;以裂纹长度为指标,通过指数拟合预测了轴承的剩余可用寿命。以西安交通大学的轴承试验数据集验证了所提出方法的可行性与准确性。（4）针对电主轴变工况的问题,分别开展了恒定应力加载和步降应力加载的电主轴加速退化试验,并以轴承的接触应力极限验证了试验方案的失效机理一致性;采用非局部均值滤波和变分模态分解法的结合方法,对电主轴的退化数据进行了降噪处理,并采用频域分析对电主轴轴承的损伤进行了诊断;根据电主轴的退化数据,对电主轴的退化进行了分析,并划分退化过程的多个阶段。（5）提出了基于动力学的变载荷工况的电主轴轴承性能退化状态的评估方法,并预测了轴承的剩余可用寿命以及电主轴的精度退化。基于Archard磨损理论建立了电主轴轴承磨损退化的动力学模型参数状态向量;以电主轴的退化数据为观测向量,基于动力学的交互多模型粒子滤波方法评估了轴承磨损退化与损伤退化的参数状态;并以轴承磨损深度为指标,预测了电主轴轴承的剩余可用寿命;通过预测各轴承的磨损深度,预测了电主轴的精度退化趋势,并以试验截止时的径向位移均值为目标,验证了本文方法的准确性。综上所述,本文提出了基于动力学的电主轴轴承退化分析及寿命预测的研究方法,主要研究了电主轴在设计阶段的轴承寿命评估方法,以及使用阶段的电主轴轴承性能退化分析及寿命预测的方法,为电主轴的可靠性设计以及可靠性保障提供技术支撑。