在铣削加工过程中数控加工机床主轴系统直接参与铣削加工,尤其在在铣削高硬度工件时,相对于高硬度工件,主轴系统属于柔性系统,因此主轴系统动力学特性对于铣削稳定性和工件表面加工质量产生直接影响。而主轴系统中的结合面是研究的难点,在铣削加工过程中,铣削载荷和主轴转速影响着主轴系统中结合面的接触特性,进而影响主轴系统动力学特性,因此进行考虑铣削载荷和主轴转速的主轴系统动力学特性的研究对铣削过程稳定性预测和保证工件表面加工质量有重要意义。本文以数控加工机床的主轴系统为研究对象,考虑主轴-刀柄-刀具结合面、主轴-轴承结合面、以及主轴、刀柄、刀具等部分,采用有限元理论对主轴系统进行动态特性建模与分析。首先,建立起主轴系统中主轴-刀柄-刀具结合面与主轴-轴承结合面的接触刚度理论模型,在建模中考虑铣削载荷和主轴转速引起的离心力的影响,然后带入建立的主轴系统动力学的有限元理论模型中,得到主轴系统的动力学特性,并与实验所得出的测试结果进行对比验证。最后基于所得到的主轴系统动力学特性建立铣削过程动力学模型,运用全离散的方法进行铣削稳定性分析,为铣削加工时切削参数的选择,改善工件的表面质量提供依据。主要内容包括:(1)考虑铣削过程中存在的轴向铣削载荷、径向铣削载荷和主轴转速所引起的离心力的影响,建立主轴-刀柄-刀具结合面的接触刚度特性模型,运用理论分析的方法,对结合面进行受力分析,并且列出力的平衡方程组,采用吉村允孝积分法对建立的主轴-刀柄-刀具结合面单元接触刚度进行求解,并建立结合面的接触刚度矩阵。(2)建立主轴-轴承结合面的接触特性模型,考虑了轴向铣削载荷、径向铣削载荷和离心力的影响,运用理论分析的方法,对滚动轴承在铣削加工过程进行受力分析,并利用hertz理论建立了滚动体的受力平衡方程以及轴承内外圈的受力平衡方程,应用牛顿-拉夫森的方法进行求解,得到主轴-轴承结合面接触刚度。(3)基于Timoshenko梁理论,建立主轴系统中主轴、刀柄、刀具等结构件的有限元动力学模型,再引入主轴-刀柄-刀具结合面和主轴-轴承结合面的接触刚度矩阵,建立包含结构件和结合面的完整的主轴系统动力学模型,并得出铣削状态下的主轴系统的动力学特性。运用数控加工机床铣削状态下的机床主轴动态测试方法进行实验验证,并分析了轴向铣削载荷、径向铣削载荷和主轴转速对整体主轴系统的固有频率和频响函数的影响规律。(4)基于上述所得到的主轴系统整体动力学特性,建立铣削过程动力学模型,运用全离散法进行铣削稳定性分析,得到铣削稳定叶瓣图。分析在主轴系统铣削过程中的轴向铣削载荷、径向铣削载荷、主轴转速引起的离心力和刀具参数对铣削稳定性的影响,为铣削加工时铣削参数的选择,改善工件的表面质量提供依据。