本课题来源于国家重大专项——动梁无滑枕立式铣车复合加工中心(专项号：201OZX04001-032)。该专项是“高档数控机床与基础制造装备”中的一个国家重大科技项目,代表着未来先进制造技术的一个发展方向。直驱摆头动力刀架系统作为整台加工中心的主要加工部分,其性能的好坏直接决定了系统的加工精度,是整个加工中心的关键技术之一。直驱摆头动力刀架系统采用先进的直驱技术,将力矩电机和摆头刀架系统直接耦合在一起,驱动摆头运动,实现了“零驱动”。先进制造技术的前进和发展,就是解决旧问题和产生新问题的螺旋式循环过程。应用直驱技术,可使机床结构更加紧凑、机构更加简单、动态响应更加迅速、精度有所提高。然而,由于采用了“零驱动”技术,系统的机械部件和电机耦合得更加紧密,力学参数和电参数也直接耦联在一起,无法单一地对某个机构参数进行调整补偿,加深了分析系统参数特性的难度。机床的性能指标是通过分析整个系统的机构,进而分析动、静态过程中各个机构的参数特性来确定的。机构的复杂程度直接影响系统的结构参数,也极大程度地影响着直驱摆头动力刀架这个机电多体系统的功能特性,甚至影响系统的加工精度。在系统的工作过程中,这种复杂的耦合结构参数在不匹配的情况下,会降低系统的可靠性,甚至可能使整个系统出现故障。机电系统通常工作在非线性的工作过程中,当系统受到负载的扰动时,系统表现出来的力学参数和电参数之间复杂的机电耦合参数特性,将影响整个机床的性能。我国在多体耦合系统的机电耦合研究上,虽然取得了一定的成果,但是仍然缺乏深层次的研究。本课题以直驱摆头动力刀架系统为研究对象,对机电耦合系统进行深入的分析研究。通过分析直驱摆头动力刀架各个子系统,充分了解力矩电机、电主轴、刀架的内部结构、工作原理以及其耦合关系,正确认识并通过不同的方法,定量分析计算了直驱摆头动力刀架耦合系统的耦合系数。从机电多体系统的角度出发,首先对本课题的研究对象进行了机电耦合的结构分析,然后分析了耦合系统的参数之间的关系,直观地描述了系统部件之间的复杂程度,并用仿真的方法证明了机电耦合系统各动态特性之间关系的正确性,最后通过对机电耦合系数的逆运算,得到电学参数和力学参数的最佳耦合范围,在这个范围之内,使得直驱摆头动力刀架系统的机械系统和电系统耦合达到了匹配状态。通过分析可以发现,在有效的机电耦合参数范围内,大大缩小了系统稳定性的范围,更好地优化系统的动态特性和整台加工中心,提高系统的加工精度和机床的性能指标。采用机电耦合的方法,定量分析并优化系统的功能特性,在装备制造业的先进制造技术领域具有一定的创新性意义。