[00878169]高速加工机床设计理论、方法及其工程应用

高速加工机床是近年来机械制造领域的研究热点。切削速度的不断提高，对高速加工机床的驱动性能、动态性能、热态性能与工作寿命等要求越来越高，因此亟待研究高速工况下主轴转子动力学、机床动力学、机床热力学与机床摩擦学等设计理论与方法。项目组针对上述问题并瞄准国际前沿，历时18年的联合攻关，取得了以下主要科技创新成果： 高速电主轴转子动力学设计：建立了电主轴转子-刀具拉杆（外壳）-轴承的耦合动力学模型，突破了复杂结构电主轴转子动力学建模难题；发明了最佳预紧力电主轴振动控制技术，使电主轴获得良好的综合性能；面向国内重大数控装备需求，发明了系列电主轴核心部件（中孔冷却系统、磨削液输送系统、专用夹具等)。上述成果为高速精密电主轴动态设计提供有效的理论与方法。 高速加工机床整机动力学设计：提出了机床典型结合部（平面结合部、直线导轨结合部）动态参数的理论模型；在该基础上，建立了考虑结合面结构耦合的机床整机动力学模型，摆脱了多年来由于缺少机床结合部动态参数理论模型，导致在机床设计阶段不能有效地开展动态参数化设计的被动局面；提出了高速加工机床进给系统轴向局部振动计算方法。上述成果应用，提高了高速加工机床动态性能分析准确性和一次设计成功率。 高速加工机床整机热力学设计：提出了高速加工机床主要热源的发热量计算方法；建立了机床结合部接触热阻的理论模型；在该基础上，建立了考虑结合面热阻耦合的高速加工机床整机热力学模型，为开展高速加工机床热态参数化设计奠定理论基础。发明了高速电主轴中孔通水冷却技术和主轴箱高效循环水冷却技术，为抑制高速主轴发热导致机床热变形提供新方法。上述成果应用，提高了高速加工机床热态性能分析准确性和一次设计成功率。 高速加工机床典型摩擦副设计：揭示了高速滚动轴承油气润滑机理，建立了滚动轴承油气润滑基础数据库；基于等离子喷涂陶瓷与复合镀渗陶瓷颗粒增强金属基复合涂层技术，完成了高速滑动轴承的耐磨损设计；发明了适用于高速重载的新型内节流静压球头铰链运动副。上述成果应用，为高速加工机床的安全运行提供了支承保障。 该项目获授权国家发明专利50项、软件著作权6项；发表SCI收录论文65篇，其中ASME会刊12篇，被国内外同行广泛引用与正面评价；制定国家标准5项、行业标准18项；荣获江苏省科学技术一等奖（2016年）、教育部技术发明二等奖（2014年）。 形成的高速加工机床设计理论、方法与关键技术，应用于无锡机床股份有限公司（高速精密电主轴、300mm硅片磨削电主轴、髙速精密无心磨床、内圆磨床、轴承磨床和轧辊磨床)、南京二机齿轮机床有限公司（高速插、滚、剃、磨齿机）和南通航智装备科技有限公司（高速精密立式加工中心）的研发过程中。研发的机床产品，近三年累计新增销售92850万元，新增利润10211万元。