随着装备制造业的不断发展,产品复杂化程度越来越高,对企业的研发制造能力提出了较高的要求。为顺应制造业的发展趋势,复合加工机床发展迅速,可实现一次装夹完成零件的绝大部分加工工步,从而大幅度提高生产效率。但复合加工机床的研发需要大量的设计方案及实验分析,投入成本较大,研发周期较长。虚拟样机技术是一种全新的设计方法,采用该设计方法可以减少机床设计的成本,同时也可以缩短产品的研发周期。本文以车铣复合加工机床为研究对象,采用虚拟样机技术对其功能部件进行了研究和设计。首先制定了机床总体方案,建立了车铣复合加工机床整机模型,并对主传动系统进行了设计。然后,对机床主轴组件进行了动态特性研究,得到了主轴组件前六阶固有频率和振型,以及幅频特性曲线,经过分析发现,所设计的机床动态特性符合设计要求。最后对主轴箱进行了热特性分析,发现主轴箱温度分布不均,形变部分表面积较大,并对其进行了优化。优化后分析发现,主轴箱热特性有了显著提升,从而提高了机床加工精度。其主要研究内容包括以下几个方面:(1)阐述了本课题的研究背景和意义,明确了论文的研究目标和内容。学习车铣复合加工机床的结构,研究了机床总体方案,通过SolidWorks软件建立车铣复合加工机床整机模型,分析机床主传动系统的工作原理,并对其进行了细化设计,最终建立了机床虚拟样机模型。对铣刀头进行受力分析,定量计算出切削力,建立精确的数字化模拟模型。(2)使用ANSYS有限元分析软件对机床主轴部件进行动态特性研究。采用两种方法对主轴箱进行网格划分,分析网格质量,并对主轴箱、主轴组件进行了模态分析、谐响应分析,得到了两者的固有频率、模态振型,以及在激振力作用下的幅频曲线,分析结果表明所设计的机床动态特性满足设计要求。(3)使用ANSYS有限元分析软件对机床主轴箱进行热特性分析。计算了主轴箱的热参数,以计算结果为基础,在热分析中进行等效替换,对主轴箱进行了热—结构耦合分析,发现主轴箱温度分布不均,形变部分表面积较大,并对其进行优化。优化后分析发现,两侧壁面温度分布数量从改进前的5个,减小为1个,温度梯度减小80%;最大形变部分表面积从改进前2×10-5m2减小到1.1×10-5m2,减少约45%。主轴箱热力学性能得到了显著提升,从而使车铣复合加工机床的加工精度得到提升。