随着“中国制造2025”的提出,智能制造成为当前的研究热点。数控机床是装备制造业的工业母机,高速精密电主轴是高档数控机床的核心部件。然而,在主轴制造、装配和运行过程中,因材质不均、加工装配误差和刀具磨/破损等因素,不可避免地会导致主轴产生质量不平衡问题。电主轴转速高,即便很小的不平衡量也会引起很大的离心力,从而激发系统剧烈振动,因此,对电主轴不平衡振动进行及时诊断和控制对高速高精密机床的发展具有重要意义。本文针对电主轴转子失衡故障展开深入研究,从故障识别和在线主动平衡两个方面较系统地研究了电主轴失衡故障诊治问题,并设计开发了软硬件系统,为电主轴安全运行提供可靠保证。首先,针对电主轴电机、转子和轴承结构,以及冷却、润滑和平衡装置,完成了关键参数设计和部件选型,在此基础上开发了具备多信息监测与分析、自动报警及降速处理等功能的电主轴系统平台,并针对所开发的电主轴系统进行了模态测试试验,为失衡故障识别和主动平衡提供了基础。其次,研究了振动信号FFT分析方法,提出了灰度图像纹理分析、对称极坐标图像纹理分析和EMD-PWVD振动时频图像能量分析新方法,完成了电主轴转子失衡故障特征提取;进一步研究了 FCM聚类方法,实现了电主轴转子失衡故障识别,并利用主轴系统平台进行了试验,验证了所提出方法的有效性。然后,根据平衡原理从整体结构、传动方式和平衡能力三个方面设计了一种双配重极坐标型机械式主动平衡装置,并在搭建了控制模型的基础上完成了其作动控制仿真;针对装置特点提出了影响系数平衡方法,进而完成了在线主动平衡系统开发,利用整体系统平台进行了试验,验证了该系统的平衡性能。最后,在平台开发和方法研究的基础上,利用LabView与MatLab联合编程,实现了电主轴转子失衡故障诊治一体化软件集成,对软件系统进行了功能验证,并利用整套软硬件系统完成了电主轴转子失衡故障诊断与治愈应用,证明了系统的实用性。