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　　随着科技技术的进步，数控机床正朝着高速、高精密、智能化、轻量化方向发展，主轴系统是数控机床发展的关键。建立主轴单元精确模型，对主轴性能进行精确仿真，从而在设计阶段优化结构尺寸，实现最大的动刚度和最小的材料和动力消耗。以往主轴设计是根据设计条件，确定初始结构尺寸，利用有限元建模、求解，最后对分析结果进行评定，若不合格，则对尺寸加以修改，然后再建模、求解、评定，如此反复直到合格为止。这个过程耗时费力，设计方案也不是最佳。鉴于此，作者将优化技术直接融入主轴设计分析过程，快速分析计算设计变量对主轴性能的影响，寻找最优结构参数，实现理论设计代替经验设计，完成精确计算。

　　主轴系统的机构类型有很多种，按照所用轴承种类划分，常见的结构有半运动式圆柱型轴承结构轴系、锥形滑动轴承轴系、V型弧滑动轴承轴系和滚动摩擦轴承轴系等。这些不同的结构类型有不同的特点，适用于不同的应用场合。对于高精度精密主轴系统来说，考虑到轴系的回转精度、刚度、主轴的热稳定性和使用寿命等因素，同时参考过去在精密主轴系统方面的设计经验，通常都是采用技术成熟、应用较广的非标密珠滚动轴承的设计方案。根据仪器主轴系统安装空间和安装方式的要求，充分考虑精密仪器主轴机械设计过程中的各种注意事项，初步设计轴系装配图。

　　轴承限位方式及其限位元件直接影响到主轴单元总体精度指标，同时轴向限位元件也是保证轴承预紧力的重要元件之一。在现代数控机床主轴单元设计中，轴承轴向限位元件常用的有精密锁紧螺母和阶梯过盈套。采用精密螺母方式安装相对简单，但对主轴螺纹部分加工精度要求高，因螺纹联结本身是一种动不平衡因素，这将影响主轴动平衡性能。因此这种结构形式一般多用于8000r/min以下的机械式主轴。对于更高转速的主轴，其动平衡精度要求极高。为保证动平衡精度，轴承轴向限位元件通常选用阶梯过盈套。这样不需在主轴上加工螺纹，容易保证过盈套的定位端面与轴心线垂直，主轴动平衡性好。但采用这种方式安装拆卸都需要根据主轴形式设计相应的专用工艺装备，其安装拆卸复杂，要求高。如图1所示，该主轴设计中，前、后轴承轴向限位元件都采用了阶梯过盈套的形式，这样有利于提高主轴动平衡性能。阶梯过盈套内径轴向分为二段，内径分别为D1和D2（二者相差较小），与之相配合的轴外径也相应分为d1和d2二段，这二段过盈都为过盈配合，但过盈量略有不同。安