完成人：蒋书运,吴智跃,徐春冬,王奋,朱凯旋,李全超
完成单位：东南大学，无锡机床股份有限公司
申报奖种：技术发明奖
项目简介：
电主轴是高速加工机床的核心功能部件，然而我国电主轴的发展水平相对较低，目前中、高档数控机床电主轴几乎完全依赖从国外高价进口，严重制约了国产数控机床的市场竞争力。项目组自2000年起开展高速精密电主轴的应用基础研究：突破了电主轴动态设计理论与方法、高速轴承及其润滑技术、磨削的高效冷却技术等，发明并研制了拥有自主知识产权的高速精密电主轴。主要技术发明点如下： 1)高速电主轴转子-轴承系统设计技术：建立了高速滚动轴承电主轴转子-刀具拉杆-轴承双转子耦合系统动力学模型，揭示了电主轴动力学行为，提出了电主轴动态设计方法；开展了高 速滚动轴承油气润滑试验研究，揭示了油气参数与润滑介质对滚动轴承性能的影响规律；提出了最佳预紧力铣削加工电主轴技术，发明了预紧力可控铣削加工电主轴。上述理论、方法与技术为高速精密电主轴的设计提供了有效的手段。
2)高速精密深孔内圆磨削电主轴：揭示了深孔内圆磨削滚动轴承电主轴的动力学行为，提出了双跨转子结构系统和阶梯型外壳悬臂段的非圆截面刚度增强技术，发明了大直径深孔内圆磨削电主轴；突破了带注气密封非接触旋转接头的主轴中孔水冷却技术，发明了单列混合陶瓷球精密轴承支承的小直径深孔内圆磨削超高速电主轴。
3)大尺寸硅片精密磨削电主轴：基于小孔节流原理，设计了带大尺寸推力盘的5自由度全悬浮的空气轴承；建立了推力轴承与径向轴承相互耦合的5自由度主轴转子动力学方程；突破了带注气密封的杯状砂轮端面磨削的中孔离心喷射冷却技术和驱动电机的高效水冷却技术，发明了大尺寸硅片精密磨削空气轴承砂轮电主轴。突破了硅片真空定位夹紧技术，发明了夹持和驱动大尺寸硅片的空气轴承旋转工作台电主轴。
本项目已授权国家发明专利 20 项、软件著作权4项。发明并研制的高速精密电主轴已分别应用于我国首套"柴油机电控高压共轨燃油喷射系统生产线"、首套"Φ300mm硅片精密制造
生产线"和"大规格精密数控内圆复合磨床"等，解决了以上重大装备关键功能部件的国产化问题。自2002年起，本项目关键技术已推广应用于无锡机床股份有限公司的多款电主轴产品，带动企业相关机床产品近三年累计新增产值 36000万元，新增利税 11341万元。
本项目发表SCI/EI收录论文30余篇，他引300余次。研究成果被英国学者E. Ozturk 、美国学者U. Kumar、台湾学者Jui-Pin Hung、韩国学者Choon-Man Lee、法国学者Vincent Gagnol、比利时学者Vincent Leemans1等多次引用与正面评价："建立了电主轴-刀杆-轴承的整机动力学模型，能够方便、有效地求解电主轴多转子耦合动力学系统"；"采用了特殊的转子-梁单元，建立了主轴的动力学模型，证实了高速工况下动态效应如陀螺耦合和旋转软化等对主轴性能有重要影响"；"提出了一种电主轴最佳预紧力分析方法，使主轴在更宽的范围内获得稳定的动力学特性"；"将可变预紧结构引入电主轴设计中，其技术已达到产业化应用水平"等。
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