三维复杂精密微小型结构件在各类武器装备中用量多、加工难度大、加工质量要求高,在武器装备定型生产中常出现加工精度不能满足要求、成品率低,生产效率低、生产成本高等问题。目前,这类结构件的加工大都是使用多台设备、多名操作工人、多种加工形式的分散加工工序的加工工艺。在复杂微小型工件上要实现多个方向孔、槽、台阶、曲面等几何要素的加工,多次装夹十分困难,重复定位误差大,很难满足零件精度要求。且分序加工占用设备、人员多,作业面积增大,耗工费时,生产成本也高。针对上述问题,本文提出了一种可以兼顾效率、成本和精度的三维微小型零件高效纵切车铣复合加工工艺方法,设计开发了一台高效纵切车铣复合加工设备。在此基础上,开展机床的精度分析与工艺优化研究,主要研究内容及结论如下:(1)高效纵切车铣复合机床的总体方案研究,以生产中急需提高效率的下回转体零件为研究对象,通过分析下回转体零件的加工需求、加工指标,以提高加工效率为目标,提出了纵切车铣复合加工机床的总体方案。采用双车削主轴的结构实现一次装夹完成全部加工工序的功能;采用高频铣削结构与微转台结构实现曲面的车铣复合加工功能,还设计了车刀模块、控制系统等。研制了高效纵切车铣复合机床,为进一步开展高效高精度加工工艺与实验研究提供设备支撑。(2)高效纵切车铣复合机床静态误差研究,针对静态因素(装配精度、定位精度、重复定位精度、反向间隙、系统精度等)对零件加工精度的影响,开展机床静态误差研究。计算床身到主轴与铣刀的静态装配误差的大小并分析对加工精度的影响情况,对除Y轴之外的其它运动轴开展静态精度测试;对直线运动轴平行度、主轴跳动等保障机床加工性能的重要指标进行测试。通过生成误差补偿表并对照误差大小对机床进行静态精度补偿。实验表明,本方法可以有效减小静态误差对零件加工精度的影响。(3)高效纵切车铣复合机床动态误差研究,针对动态因素(机床固有模态、动态切削特性、加工稳定性等)对零件加工精度的影响,开展动态误差研究。在建立高效纵切机床动态特性理论模型基础上,运用有限元分析的方法对机床的模态进行仿真分析,并开展模态实验研究,获得了机床的的前六阶固有频率和振型特性。对比试验表明,仿真分析与实验结果具有很好的一致性,验证了所建立的机床的模态仿真分析模型的正确性。开展了设备空转条件下对机床加工稳定区的影响研究,通过锤击实验法获得机床的产生较低动态误差的稳定叶瓣图,在叶瓣图车削与铣削包络曲线之下可得零件加工稳定区,在稳定区内选取加工切削参数可以减小动态误差对零件加工精度的影响。(4)高效纵切车铣复合机床的工艺实验与优化,针对下回转体零件的关键难加工结构特征、难以保证精度的部位,开展基础实验方案设计和样件加工实验研究。重点以轴类零件为对象开展粗糙度与圆柱度的车铣复合加工工艺实验研究;以槽类零件为对象开展槽宽误差的铣削加工工艺实验研究;以下回转体孔及孔间薄壁加工为对象开展工艺实验,在对薄壁加工过程进行仿真分析基础上,设计加工工艺;对下回转体的大平面、小轴、孔间薄壁开展27组270个样件加工研究,并作误差分析。实验结果表明,采用优化后的工艺参数加工出来的样件满足零件设计要求。