为提高隔离开关主轴转角测量的精确度, 以 GW4-126型隔离开关为研究对象, 设计主轴转角精确测量系统。在系统硬件部分设计核心处理器、信号采集电路、速度检测模块与存储单元等。在系统软件部分提出 GW4-126型隔离开关主轴转角精确测量原理, 并对 GW4-126型隔离开关运动轨迹完成去噪处理, 完成 GW4-126型隔离开关主轴转角精确测量系统的设计。实验对比结果表明, 此次设计的 GW4-126型隔离开关主轴转角精确测量系统的测量精度稳定在 90%以上, 测量时间低于 5ms, 证明该系统有效提高了测量精确度, 并减少了测量时间, 满足系统应用需求。

针对现有深度学习算法在进行医学图像配准时出现的模型对噪声敏感、精度较低等问题，提出一种基于结构光和CT图像的点云配准算法，旨在提高配准精度、算法鲁棒性的同时，避免图像采集过程中X射线带来的辐射。首先，向术中患者体表投射编码后的结构光，并使用主成分分析方法获取主轴矫正后术中患者的体表点云；然后，对术前患者进行CT扫描并进行三维重建及采样获取术前患者的体表点云。最后，构建一种基于特征重用和注意力机制的动态图卷积网络模型结合图像迭代配准算法进行人体背部点云配准。整个过程较好地融合了两种模态的信息，且具有无辐射、精度较高、用时较短等优点。

为了提高数控机床热误差补偿模型的预测精度与稳健性，对主成分算法在数控机床主轴热误差建模中的应用进行了研究。首先，根据主成分算法原理，提出基于主成分分析的温度敏感点选择算法和热误差建模算法。然后，以一台三轴立式加工中心为对象进行全年温度范围内的主轴热误差测量实验，并基于实验数据建立主轴热误差主成分回归（Principal Component Regression， PCR）模型。进而，将所建立的PCR模型与多元线性回归模型、BP神经网络模型和岭回归模型的预测精度与稳健性进行比对分析，实验结果表明PCR模型在该四种模型中具有最高的预测精度和稳健性，分别达到6.8 μm和2.4 μm。最后，使用所建立的PCR模型对按照转速图谱运行的机床主轴热误差进行预测，预测精度和稳健性分别为6.12 μm和3.43 μm。并将PCR模型嵌入到热误差补偿控制器中进行热误差补偿实验，以验证本文建模算法的有效性。

针对空气静压主轴气膜刚度不高, 在工作中易受自身及外部激励的影响, 从而产生不平衡振动的现象, 设计了一种基于压电陶瓷的可控空气静压径向轴承, 研究了压电陶瓷的相关特性。结合气体主轴建立了轴承-转子-压电陶瓷的耦合模型, 并在此基础上建立了基于扩张观测器的滑模控制器, 同时将压电陶瓷综合控制器串联其中, 在限制条件内利用控制器使压电陶瓷挤压气膜为主轴提供有效的主动控制力, 从而抑制空气静压主轴的振动。研究结果表明, 利用压电陶瓷对空气静压主轴系统的振动进行抑制取得了良好的效果, 对于主要控制点可使其振动位移减小99.17%, 对于次要控制点均有不同程度的减振效果, 最多可减少94.36%。

高速电主轴是一种将传统机械主轴中主轴电动机和机床主轴合而为一的新式主轴, 因具有高速高精度的优点被大量应用于高性能加工中心。高速电主轴的动态回转特性在很大程度上决定了加工精度, 是影响加工中心综合性能的重要因素。主轴运动误差测量方法大致可分为基于位移传感的主轴回转误差测量和基于光学手段的主轴回转误差测量。两类测量手段都是通过测量主轴回转一定角度的位移变化量来解析出主轴的径向回转误差, 这两类测量方法在主轴低速运转时具有很好的测量效果。当高速电主轴处于高速工作状态时, 这两类测量方法的测量效果将受到传感器件采样频率的限制。本文在总结现有主轴回转误差测量的基础上, 提出了一种基于靶标轨迹追踪的主轴动态回转误差测量方法, 对现有技术进行了总结, 并对未来的发展趋势进行了展望。

针对数控机床主轴-立柱系统因受热变形而影响机床加工精度的问题, 本文基于能量守恒定律建立了主轴-立柱系统耦合分析模型来获取其热态特性。该模型综合考虑了热源计算、传热系数计算、结构约束以及散热面放置情况等因素, 并采用风速法来获取主轴与空气间的传热系数。为了验证主轴-立柱系统耦合分析模型的有效性, 本文设计并搭建了数控机床热态特性试验平台, 以具体数控机床为研究对象获得了其主轴-立柱系统的温度场分布、热变形以及热平衡时间等热态特性。试验结果表明: 各测点数据中温度的最长绝对误差和最大相对误差分别为0.71 ℃, 294%, 出现在主轴体的测点处, 热变形的绝对误差和相对误差分别为1.49 μm, 8.71%, 采用风速法建立的主轴-立柱系统耦合分析模型所获得的热态特性与试验获得的结果基本一致。本文的研究成果为数控机床减少热误差, 提高精度保持性提供了参考。

电液控制系统在采煤自动化系统中是必不可少的关键子系统, 其中的重要元件阀芯的生产对加工工艺提出了高精度、高可靠的要求。数控车床的加工是阀芯加工的关键工序, 对这一关键工序的改进可以有效提高加工的精度, 因为数控车床在进行车削加工过程中, 主轴高速旋转, 与轴承之间摩擦会产生大量的热量, 热量急剧上升会造成数控车床在加工过程中位移的偏差。实验以CAK3675经济型数控车床为研究对象, 利用米铱激光三角测量仪和FLIR 红外热像仪对其主轴系统进行高精度测量, 最后从实验结果中得到重要结论, 由于前后轴承位置温升值各不相同, 使得主轴箱前后位置温升不同, 从而导致热变形有相对差异, 产生误差。