随着工业技术的发展,直驱技术的出现推动着机床行业向着高效率、高精度、高稳定性方向不断前进。而在机床应用领域,航天类零件的精密加工不仅是世界机床加工技术研究的热点所在,也是衡量一个国家工业发展水平的重要指标。整体叶轮作为其中的典型零部件,具有结构复杂、叶片长而薄、难加工等特点,并且叶片表面需要具备较高的加工精度,因此,采用直驱技术的,专门适用于难加工叶片、叶轮类零件的各种多轴机床应运而生。而机床的加工精度、稳定性与机床的静、动态性能息息相关,因此在进行机床设计时,需要对机床整机的静、动态性能需求进行分析并达到一定要求。传统的机床设计流程需要制造出物理样机以检验设计的合理性,而虚拟样机技术的出现则可以省去该过程,通过仿真技术来检验各项指标。本文从叶轮加工工艺路线出发,基于直驱技术的应用提出了一种专用于叶轮加工的全直驱五轴机床布局方案,并完成了虚拟样机的结构设计及动力学分析,并且借助参数化优化的方法对机床进行了优化。本文的主要研究内容如下:首先,以整体叶轮为研究对象,从叶轮零件的工艺路线出发,基于仿真软件与实验设备完成了目标叶轮的加工,同时结合直接驱动技术的应用创新性地提出了一种专用于整体叶轮零件加工的全直驱五轴机床布局方案。随后,基于所提出的布局方式,对机床中的主要支撑结构、双轴直驱转台、锁紧机构等进行了详细设计,对力矩电机、直线电机、滑块导轨等配件完成了选型工作,完成了全直驱五轴叶轮机床虚拟样机三维模型的构建。接着,基于机床结构静、动态性能分析理论提出了一种考虑结合部的机床整机有限元建模方法并借助GK500E型号机床进行实验验证了该方法的准确性。采用该方法对所设计出的机床模型进行了静力学分析、模态分析与谐响应分析,获取了机床整机的应力、形变云图、各阶固有频率对应的模态振型,并通过仿真分析发现了机床薄弱部位为双轴连接处与主轴箱处。最后,对机床薄弱处进行再设计,并选取了机床整机的36个设计参数作为自变量建立了机床整机参数化模型,以机床整机的前三阶固有频率、质量、最大变形量作为目标函数,采用灵敏度分析的方法提取了主要设计参数并构建了响应曲面,对得到的优化模型进行了静、动态分析,通过对比验证了结构优化的有效性。