复合加工技术作为一种适应现代化制造业多品种、小批量、个性化发展需求的新技术,为复杂零件、高精密零件和难加工零件提供了先进的加工解决方案,成为当前先进制造技术发展的重要方向。五轴车铣复合数控机床因其加工工艺广泛而成为研究的热点。在五轴车铣复合数控机床的结构设计过程中引入虚拟样机技术,在设计阶段就可以从整体上并行的考虑机床结构全生命周期的功能结构、工艺规划、可制造性、可装配性、可测试性、可维修性以及可靠性等各方面的要求及相互关系,并通过不断优化设计方案,以提高机床结构的设计质量。本文以高效、高精度加工石油、天然气行业中复杂型面零件为目标,基于虚拟样机技术,设计一种新型五轴车铣复合数控机床结构。主要研究内容包括:1.车铣复合加工结构配置研究。分析车铣复合加工技术在进行端面、柱面以及倾斜面加工时的工艺特点,推导机床的几何轴空间关系,建立坐标系方程并求解,验证结构配置形式的可行性,同时为机床的轨迹控制及数控编程等提供了依据。2.新型五轴车铣复合数控机床结构设计。针对石油、天然气行业各种复杂零部件对机加工设备的要求,设计一种新型五轴车铣复合数控机床结构。完成了机床的结构布局配置研究;对机床的车削主轴部件和铣削主轴部件进行设计计算及选型;研发设计了一种新型B轴车铣复合单元,能快速、可靠的实现车铣加工模块的转换;设计并改进机床的进给系统。3.推导五轴车铣复合数控机床结构的运动学方程。建立该新型五轴车铣复合机床结构的运动学方程,并求解正、逆解;基于运动学方程的正、逆解,对机床运动精度可靠性进行了研究分析,给出了各运动学参数对机床运动精度可靠性的影响程度。4.数控机床整体结构的数字样机建模及性能分析。基于虚拟样机技术平台,对机床的核心模块进行数字样机建模并装配;利用有限元和运动学分析软件对机床整机结构、主轴单元、B轴车铣复合单元、伺服进给系统等分别进行了静力学、动力学特性分析,在数字样机上针对各个模块设计中的不足进行了优化改进。