本课题来源于2010“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项：动梁无滑枕立式铣车复合加工中心（专项号：2010ZX04001-032）项目。直驱摆头是动梁无滑枕立式铣车复合加工中心的关键技术之一，采用先进的直驱技术代替了传统的蜗轮蜗杆传动和齿轮传动方式，实现了机床的“零传动”，使数控机床结构更加简单、紧凑，系统刚性、可靠性和精度更高，动态响应更快。但是这种直驱摆头系统存在着多物理过程、多参变量复杂耦合关系，系统的整个动态过程由系统的结构参数完全确定，系统的结构参数影响系统的特定功能，故直驱摆头在工作中，出现各种不良工况，影响产品生产质量，甚至会出现一些重大故障，尤其在生产过程中，受到负载的扰动，该系统在非平稳过程中所表现出来的机电耦合现象对整个机电系统的安全运行具有极大的危害性，这是由于直驱摆头系统的电学参数和力学参数相互耦合，共同影响了整个系统的力学性能，而目前对这种复杂的机电耦合机理又缺乏深层次的研究。因此本项目提出了“铣车复合加工中心直驱摆头系统机电耦合分析”，其主要研究内容为：分析了直驱摆头系统的结构以及力矩电机、电主轴的工作原理，并建立了力矩电机和电主轴的磁链数学模型。对复杂机电耦合系统进行分析研究，阐述复杂机电系统的耦合类型，以及机电耦合系统的建模与求解方法，并从机电耦合的角度出发，对直驱摆头系统进行了机电耦合分析，建立了该系统的机电耦合关系框图，直观的表现了系统中力学参数与电学参数之间的复杂耦合关系，为建立直驱摆头系统机电耦合数学模型奠定了基础。以直驱摆头系统为研究对象，进行机构的运动学分析，并基于Lagrange-Maxwell的机电耦合动力学方程，建立了直驱摆头系统的非线性强耦合机电动力学数学模型，最后以Runge-Kutta算法为依据运用matlab软件求解直驱摆头系统的机电耦合数学模型，为分析研究直驱摆头系统中各参数间耦合关系提供了理论依据。基于机械振动理论，对力矩电机系统进行机电耦合振动分析，并建立了力矩电机双质块轴振动数学模型。应用matlab/simulink仿真模块，建立力矩电机系统仿真模型，并分析了电流调节器参数、阻尼和负载对系统机电耦合振动的影响机理，对系统的参数设计和提高系统的动态特性具有重要意义。