主轴部件作为机床最重要的部件之一,在整机工作过程中给工件或者刀具提供动力,因此主轴部件的性能好坏,直接影响到机床的加工精度、表面质量以及生产率。本课题重点研究了机床主轴设计与分析工具集*的开发中涉及的主传动系统设计以及主轴跨距优化两个方面的问题。研究了机床主传动系统的详细设计规范,同时基于主轴轴承系统有限元分析模型,从仿真分析与实验验证两方面,对机床主轴跨距进行了优化。最后通过Visual C++将所研究的内容集成到机床主轴设计与分析工具集中,形成了数字化的主轴设计软件的主传动设计及主轴跨距优化设计模块。本文首先进行机床主传动系统设计的研究及软件模块开发。在机床主传动系统设计基本原理的基础上,将传动分为分级传动和无级传动进行了详细的计算。然后制定了主传动系统的设计规范并编写了主传动系统设计软件模块的设计说明书。其次,研究了基于有限元的机床主轴跨距优化设计方法,在主轴静刚度计算、球轴承刚度分析与计算和主轴最优跨距分析与计算的理论基础上,建立了主轴的参数化有限元模型,并利用ANSYS优化方法中的一阶优化算法和总体优化算法对车床主轴进行了一系列的优化,得出一定条件下的主轴的最优跨距变化曲线。最后,进行了主轴跨距优化仿真实例分析与实验验证。首先使用参数化建模方法建立了简化了的车床主轴有限元模型,通过有限元一阶优化算法以主轴前端位移最小为目标对模型进行了优化,得到主轴径向静刚度随跨距变化的曲线;其次是实验验证,通过对主轴前端径向进行加载,测量轴端相应位置的径向位移,计算得出不同跨距下主轴的径向静刚度。将实验结果与仿真分析的主轴刚度曲线进行比较,证明了参数化有限元建模跨距优化设计方法的可靠性。