1.课题背景

一般情况下，一个机械零件的生产，从毛坯到成品，中间都要经过采用某些（一种或多种）加工艺方法（如冲压、焊接、切削、磨削、特种加工或车、铣、钻、镗、齿形加工等）的多工序（如车削中的车外圆、车端面、车槽、车内圆、车螺纹、车锥面等）加工过程。由于不同的工艺方法有着不同的加工原理和特点，不同的加工工序有着不同的加工目的和要求，因此它们各自用着不同的加工设备来实现，故在传统的制造中，一个零件的制造往往就需要有多种、多台不同的加工设备来完成。这不仅增加了设备的台数和生产厂房的占地面积，从而增加了企业的投入，而且由于生产过程中工件需在工艺和工序设备间等待、转移、检查和重新定位、装夹等，既影响加工精度，也增加了不少非加工时间。有专家分析，这部分非加工时间将占到零件生产总周期的70%～95%左右，从而大大地制约了生产效率的提高。

为了提高生产效率，减少非加工时间，人们早就有了尽可能多地把一些加工原理和要求相近或相似的加工工序，乃至不同的工艺过程集中到一台或少数几台设备上来实现。这种一次装夹后对零件进行复合加工的想法，在机械自动化生产过程中出现的组合加工机床和多刀半自动六角（转塔）车床等，就是其最初的体现。因为组合机床是以一些通用部件（如动力头、滑台、底座立柱、回转工作台等）为基础，配以根据具体零件的加工要求（含零件的形状、尺寸、加工部位、加工工序和精度等）专门设计的夹具，多轴箱和部分刀具集装而成，它可以对某一特定加工件，如汽车发动机壳体、箱盖或变速箱体等，实现一次装夹完成全部或大部分加工工序，包括铣平面、钻孔、镗孔、铰孔、攻螺纹等；而多刀半自动转塔车床，根据被加工工件的工序要求，在其转塔刀架上装上所需的切削刀具后，也即可实现一次装夹对某一特定的轴或盘、套件进行全部或大部分工序的加工，如车削内、外圆柱面、端面、沟槽、倒角、加工内外螺纹等。

因此，组合机床和多刀半自动转塔车床都体现了集中工序进行复合加工的理念，大大地减少了非加工时间，从而显著地提高了生产率。但是，这些机床均属于刚性自动化范畴，当加工对象变换时，设备也必须更换或重新调整配置，所需的时间和资金投入都较大，因此只宜用于单一品种零件的中、大批量生产，而不适合用于多品种零件的单件和小批量生产。

复合机床因此成为当前世界机床技术发展的潮流。复合加工在保持工序集中和消除（或减少）工件重新安装定位的总的发展趋势中，使更多的不同加工过程复合在一台机床上，从而达到减少机床和夹具，免去工序间的搬运和储存，提高工件加工精度，缩短加工周期和节约作业面积的目的。

2.国内外研究现状

复合加工技术是20世纪末兴起的一种先进制造技术，它的核心理念是一次装夹，全部完工，当工件在机床上一次装夹后，能自动进行同一类工艺方法的多工序加工（比如车、铣、钻等加工）或者不同类型工艺方法的多工序加工（比如切削加工和激光加工），从而实现在一台机床上完成工件的全部或大部分加工工序.复合加工技术作为一种适应现代制造业多品种、小批量和个性化发展需求的新技术，正越来越受到机床行业的重视，己经成为当今数控机床的一个重要发展方向，而对复合数控机床的误差研究也自然成为一个重要的课题。

文献[1]讨论了利用有限元单元法对高速铣齿机床主轴箱的结构进行分析及优化设计的方法。对箱体有限元模型进行模态和静应力分析,并以箱体质量为优化目标进行优化设计,得到最优化参数,改良了原有设计。

文献[2]介绍了复合加工技术作为一种高效的加工方式已经得到公认，因此，德国、日本、美国等国家不断的设计制造出各种形式和功能的复合加工机床，如日本MAZAK，德国INDEX、德国EMAG等，瑞士Magerle公司的MGC-RT Grinders系列机床，工作台可以旋转、装备有多个主轴，一次装夹可以进行车、磨、铣、钻等各种加工。复合机床主要有以下几个优点：（1）生产率得到提高；（2）减少了装卸；（3）精度高；（4）制品、半成品和成品库和专用夹具减少了；（5）节能、降低成本；（6）节省占地面积等诸多优点。

文献[3]根据数控铣削加工特点, 提出一个基于Z-MAP结构的工件分解表达模型,利用该模型与刀具实体模型做布尔减运算,实时模拟工件材料的去除加工过程, 并对仿真结果进行检验。仿真实例证明, 该系统运行可靠,可提高数控加工效率。