装备制造业是国民经济的支柱产业,是体现一个国家综合实力的因素之一。装备制造业的基础就在于机床,高精度高效率的机床是产品质量的保证,而集精度与效率于一体的机床就是加工中心。主轴单元是机床的主要组成部件之一,机床加工工件是由主轴单元夹持着工件或刀具旋转实现的,所以,主轴单元的精度对机床的精度有着重要的影响。加工中心机械主轴单元是带有松拉刀机构、由伺服电机拖动、能带动加工工具高速旋转的高刚度、高精度、模块化的功能部件,对加工中心的质量和生产率有着重要的影响。本论文针对市场对高速度、高精度的加工中心主轴单元的实际工程需求,经过分析比较和理论计算,研制了一套高速、高精度直联式机械主轴单元,研究工作对我国加工中心研发具有重要意义。本文的主要研究工作如下:针对工程需求,提出了主轴单元的设计要求,并对主轴单元进行了总体设计方案论证。通过论证,确定了机械主轴单元、直联式结构、BT40刀柄和松拉刀方案。选用P2级角接触陶瓷球轴承,两两串联、整体背对背的4列滚动轴承组合结构,轻预紧、油脂润滑。主轴单元套筒设计循环水冷却方式。设计计算了主轴单元轴系结构的主要参数。根据已确定的滚动轴承组合结构,设计计算了轴承组合的最佳支承跨距和主轴径向刚度;对主轴锥孔径向跳动、定心轴颈径向跳动、主轴轴向窜动精度和前后压盖联接螺钉强度进行了验算;采用慕贝尔公司编制的软件,对碟簧的型号、数量、打刀行程以及打刀力等进行了计算,确定了碟簧型号和数量。编制了主轴单元的主要零件的制造工艺,对零件加工过程中遇到的难点进行了详细的论证,并提出了针对性的工艺措施。根据主要零件尺寸精度检测结果,编制了主轴单元的装配工艺,并在装配过程中对隔套的长度配合尺寸进行反复调整,得到了符合刚度要求的主轴单元。对研制的主轴单元进行了几何精度和综合精度检测,主要检测内容包括:主轴内锥孔跳动、近主轴端跳动、300mm处跳动、主轴轴向窜动、温升检测、振动检测、噪声检测、静刚度检测、拉刀实验、主轴轴向误差运动检测、主轴径向误差运动检测和主轴倾斜运动误差检测。对检测结果和设计计算结果进行了核对,发现了计算误差规律。