本课题基于我校跟中国核电工程有限公司合作,设计出一条生产线对不满足要求的产品进行检测、挑选、再加工,产品为加工精度为0.01mm的棒状芯块。加工设备采用无心磨床,同时由于芯块的材料特殊性,不能采用液体冷却液,且磨削废料不能外泄,因此需要对主轴系统原方案在磨削加工冷却方案、磨削密封性等方面进行改进,使主轴系统能在特殊条件下进行磨削生产。在加工精度方面,MOX芯块的尺寸精度很大程度取决于磨床精度,而无心磨床主轴系统的静态刚度、动态振动等是影响机床加工精度的主要原因之一。本文将从主轴动、静态性能分析来对主轴结构进行优化设计。主要思路是通过解析法与有限元法相结合,对无心磨床主轴的动、静态特性进行研究分析,并对比两者结果,分析误差原因,提出一种改进计算磨床建模方法,并结合单目标自适应函数对磨床主轴进行优化设计,具体包括:1.基于工程力学积分法计算得到的阶梯主轴端部挠度作为主轴静刚度指标,同时与基于ANSYS静态分析有限元法得出的主轴端部挠度进行对比,分析两者误差主要来源,并提出一种主轴轴承支承模型的简化方法,同时将主轴端部挠度作为主轴结构优化的边界条件。2.基于振动学分析方法,分析主轴在满足加工精度情况下,砂轮系统应该满足的不平衡量,为砂轮的选择、验收和修整提供依据。同时根据不平衡量与主轴频率与固有频率比值之间的关系,得到主轴固有频率的合理范围,作为主轴结构优化边界条件。3.根据Hertz理论以及相关文献,求出主轴角接触轴承刚度与支承力之间的关系,并根据相关文献将轴承等效为弹簧,建立主轴有限元分析模型。4.运用ANSYS以及ANSYS DE优化设计模块,根据主轴静、动态特性,采用单目标自适应函数对主轴优化设计,使得主轴在满足静、动态性能的情况下减少主轴体积。