随着工业的不断发展,现代机械制造业对零件产品的要求越来越苛刻,对加工刀具的性能也提出了更高的挑战。现代数控刀具的加工难点主要体现在超硬材料的磨削以及先进型面的拟合,这对刃磨刀具的数控工具磨床提出了较高的水平要求。其中五轴数控工具磨床的发展水平作为国家工业竞争力的重要基石,成为了先进工具磨床的研究热点之一。本文在这一背景下基于某厂商的加工需求,结合虚拟样机技术完成了某型第一代五轴数控工具磨床机械结构的设计,并针对数字化的磨床虚拟样机进行静、动态性能的试验分析,依据分析结果完成了设计方案的优化以及评价工作。其中虚拟样机技术的使用极大地缩短了磨床研发的周期,为该型五轴数控工具磨床的试验样机制造提供了理论基础与数据支持。本文主要研究内容如下:(1)基于模块化的设计思想,研究了五轴数控工具磨床功能模块的创建工作,明确磨床机械结构的设计目录和要求,也为该型磨床后期的系列化产品提供理论基础。(2)依照五轴数控工具磨床的模块划分结果,研究了该型磨床结构模块下各非标准件的设计以及标准件的计算、选型与校核工作;同时基于SolidWorks三维造型平台,探讨并完成了磨床的零部件建模和整机的虚拟装配过程。(3)基于虚拟样机技术,在有限元软件的帮助下,研究了磨床各关键结构部件的静态特性与自由振动下的动态响应,校核设计方案的合理性,为优化设计提供方向依据与指导。(4)重点研究了磨床立柱的优化设计方法,在虚拟样机的实验环境下,通过组合实验、统计分析以及响应面拟合,得到了磨床立柱各优化目标函数对主要设计参数的响应规律,并基于遗传算法寻找到各设计参数组合的最优解。(5)研究了磨床磨削系统装配体的受迫振动响应特性,通过谐响应分析得到了所关注的工况点在一定激励频率范围内振动幅值的响应曲线,预测了低阶的共振频率段,验证了设计方案的合理性。