高速度、高效率、高精度加工是现代加工技术追求的主要目标。为了满足这种需要,必须开发出能实现这些目标的高速机床部件。实现机床高速化的关键就是要使机床主轴系统及进给系统高速化,而这两个系统高速化的最理想途径是使系统的环节减少,采用直接驱动的方法。直接驱动的主轴,即电主轴,目前已在数控机床上得到应用。采用力矩电机实现高速、高动态性能的主轴头直接驱动系统的研究还处于起步阶段。针对这种趋势,围绕数控机床高速化关键部件之一的镗铣头系统开展研究,目的是要掌握力矩电机在镗铣头系统中应用的特点、系统设计理论,为推广应用这类系统提供依据。首先,分析了制造业的发展趋势、高速加工的主要特点及对五轴联动数控机床结构的影响和主要要求,然后介绍了国内外直接驱动在高速数控机床上的应用研究现状,在此基础上,说明了研究的背景、对象和意义。接着,论述了力矩电动机的特点,主要配件的选择,完成了零传动万能自动镗铣头机械结构设计,创造性地提出了机、电、液的在相对运动间的耦合问题的解决方案。通过镗铣头三维数字模型的建立,可以在数字模型上,检查机构动、静干涉情况,消除设计错误,进行了机构运动仿真,验证了机构的工作原理。为了满足高速切削的需要,采用有限元法对重要零件进行了静力分析,对镗铣头进行了模态分析,根据分析结果对镗铣头的结构及尺寸进行了优化改进,为获得整机的良好动态性能奠定了基础。最后,根据全文的研究结果进行了总结,并对镗铣头热应力分析和其它需要进一步开展的工作进行了展望。