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高速砂轮电主轴系统的动力学和热力学性能决定了高速磨床的加工精度和表面质量。现有研究大多从动力学分析,或从热力学分析入手,对高速砂轮电主轴系统进行优化。本文从高速砂轮电主轴系统的运行稳健性目标出发,提出综合考虑动力学和热力学性能指标的高速砂轮电主轴系统多目标综合优化设计方法。论文的主要成果及创新点如下:1.提出并构建了基于变化的高速滚动轴承动刚度和主轴-转子接触面刚度(Varied Dynamic Bearing Stiffness&Shaft Rotor Connecting Stiffness-VDBT&SCT)的高速电主轴系统动力学模型,改进了现有的传统模型,并以xxx机床厂的高速砂轮电主轴系统为例,进行了动力学性能测试与分析。结果表明,改进模型相对于传统模型其前两阶固有频率与实验结果相比准确度分别提升了17%和10%,并且更直观地体现了砂轮对电主轴系统性能的影响。2.提出了一种基于高速砂轮电主轴系统运行的力热耦合性能及其变动量控制(Control of Operational Coupling Dynamic,Thermal Performance&Variable Quantity-COCP&VQ)的多目标稳健性设计方法。该方法综合考虑了高速电主轴系统工作转速下的动刚度、定子和轴承温升,以及各指标的变动量等设计目标,以主轴系统结构及其尺寸因素为设计变量,根据定子冷却槽结构设计变量之间及主轴动刚度和轴承温升优化目标之间相互耦合作用,使用双响应曲面函数建立主轴系统设计变量和目标的函数,使用满意度函数建立多目标的综合性能评价和组合函数,通过主轴系统结构设计变量优化得到性能指标的综合优化值,并得到高速砂轮电主轴系统的设计准则,为解决传统优化设计方法导致的主轴质量过大、功率过大、发热严重、工作性能不稳定等问题提供了一种新方法。3.提出了面向高速砂轮电主轴系统的基于多因素敏感度分析的工作精度可靠性评估方法,对主轴系统各设计因素的制造误差产生的性能指标的最大变动量进行计算和评估,并对电主轴系统的失效形式和疲劳磨损寿命进行分析和计算,得到优化设计前后主轴系统在各可靠性评估指标上的优劣特性。4.以xxx机床厂有限公司的高速砂轮电主轴系统为例,对其主轴-轴承-电机的结构因素和布局进行稳健性优化设计。优化后的电主轴系统质量和长度明显减小;在7200rpm(线速度为150m/s)的工作转速下,电主轴系统的动刚度、定子温升、轴承温升及各个指标的稳定性得到了显著的改善。