连铸技术被广泛应用于钢铁行业,结晶器铜管是连铸机的主要成形部件,是具有弧度和锥度特征的复杂曲面零件,通常采用模具挤压成形法制造。为满足一些结晶器铜管单件小批量的制造需求,本文通过分析铜管零件的结构特点,采用机械加工方法,设计了一台结晶器铜管四轴加工的专用机床,并研究了其四轴数控加工的对刀与编程工艺,主要研究内容如下:根据结晶器铜管的结构工艺性分析结果,考虑专用机床的特点、设计成本和周期等因素,提出了基于TX611的总体设计方案。分析铜管的结构特点、尺寸公差和材质后,确定铜管内腔的表面成形方法和专用机床所需的成形运动,据此提出专用机床的设计要求,并确定总体设计方案和技术参数。设计方案分为刀具驱动系统、分度系统和进给系统三个部分,确定各方案的设计步骤,为专用机床的结构设计提供依据。依据专用机床的总体设计方案,设计了各系统的结构并得到了三维模型。采用间接驱动作为刀具驱动系统的驱动方式,考虑刀具的夹紧和同步带传动的特点设计其结构,根据切削功率、转矩和转速选择合适的主轴电机;采用直驱式分度作为分度系统的分度方式,考虑铜管的装夹和分度功能的实现方式设计其结构,根据加工过程中需要的扭矩选择合适的力矩电机;对TX611的进给系统作数控化改造即为专用机床的进给系统,完成了各向进给系统滚珠丝杠的选型和校核计算以及伺服电机的选配。针对专用机床的薄弱环节,采用有限元分析法,分析了刀杆的静态和动态特性,校核了刀杆的刚度。静力求解计算后,提取刀杆的径向变形,经校核,证明刀杆的静刚度可以满足要求;模态求解计算后,提取刀杆的前六阶模态,得到其固有频率和振型;谐响应求解计算后,提取刀杆前端的频率响应,分析发生共振处的频率,并得到合理的刀具转速范围以避开共振区域。基于构建的专用机床模型,研究了弧形方坯结晶器铜管的加工工艺。制定铜管的内腔加工工艺,考虑到铜管内腔空间狭窄,选择合适的编程零点并提出对刀方法,以该零点编写铜管内腔加工程序。以专用机床三维模型为基础,建立VERICUT运动学模型,实现专用机床对铜管内腔的虚拟加工,经碰撞检查和残余、过切检验,验证了专用机床空间运动轨迹可以满足铜管内腔的成型要求和铜管内腔加工方案的正确性。