传统的产品设计周期长、成本费用高,尤其是大型机械设备。而数字样机技术作为产品设计开发的一项全新技术,它的出现和发展给传统的产品设计方法带来了一次革命。数字化设计是通过计算机对产品进行三维建模,并进行各种仿真分析,根据仿真结果对数字化样机进行修改,可以在产品设计阶段发现其中的潜在问题和不足之处,最终得到一个最优的设计方案。这样就可以避免了传统设计中对物理样机的依赖性,缩短了产品的研发周期,降低了研发成本,使企业更具有市场竞争性。全断面掘进机作为一种结构复杂且高度自动化的机电产品,设计复杂,生产成本高。实际施工证明,在全断面掘进机掘进过程中,更换盘形滚刀的次数是影响施工进度的主要因素。在设计掘进机刀盘时,应使所有盘型滚刀的磨损尽量均匀,减少换刀次数。因此,对掘进机刀盘的优化设计就显得非常有意义。本论文以EPB6.28型土压平衡式掘进机为研究对象,通过对掘进机的刀盘及驱动部分建立三维模型,进行刀具破岩机理的研究和刀盘的优化设计。首先,是用Pro/E软件建立了EPB6.28型掘进机刀盘和驱动的数字化模型,并导入Adams软件中,实现了功能仿真,讨论了转矩对角速度的影响。其次,对全断面掘进机的破岩过程进行了研究,得出了刀具的破岩轨迹,以及破岩轨迹的横截面图,从而得到了掘进机在转动一周时刀具破岩体积的计算公式。再通过查阅国内外文献,给出刀盘布置满足的技术要求,寻找到刀盘布置形式的优化依据：破岩体积差异的最小化。然后,讨论了切入深度和岩石破碎角对刀具布置形式的影响,并通过编程软件对刀盘进行优化设计,得到一个刀盘的新布置形式,建立新的三维模型,计算出每把刀具的破岩体积及破岩体积的方差,与EPB6.28型掘进机进行对比,验证优化后的刀盘布置形式好于原刀盘布置形式。最后,通过目前广泛采用的盘型滚刀的受力模型,计算出两种布置形式中每把刀具的受力。在Adams软件中对两种模型行受力加载,实现加载的仿真分析,得到各个方向的受力和力矩。把两种模型的仿真结果进行比较,分析了优化后的刀盘的受力状况。本文采用数字样机技术有效地实现了掘进机的建模与仿真,这种方法不只是适用于掘进机的设计开发,还可以推广到其它一些复杂机械系统的研究、设计和开发中去,因此本文的研究方法及结论具有重要的实用价值。