高精度卧式加工中心设计关键技术是高档数控机床的共性关键技术。开展这些技术研究,对推动我国高档数控机床技术的发展具有重要的现实意义。为此,本文依托国家863课题研制一种高精度卧式加工中心样机。在整机结构设计、伺服进给系统、高精度电主轴、静压支承力矩电机驱动转台的设计关键技术方面进行深入系统的研究。主要研究工作如下:根据课题需要,确立机床的总体布局。利用正向设计方法,阐明机床的末端与零部件之间误差关系及静刚度关系模型,进行机床静刚度优化匹配,确定机床导轨、丝杠型号;以各部件的静刚度为约束,对各结构大件进行优化设计,实现从上到下的整机结构高刚度轻量化设计。基于滚珠丝杠副直线进给系统双向重复定位精度、反向差值及传动误差模型分析,提出一种滚珠丝杠副直线进给系统双向重复定位精度及反向差值预估方法。同时,说明提高系统位置精度的技术措施。获得进给系统电机惯量与负载惯量的最优匹配关系、丝杠最优导程、进给系统不产生爬行的最小临界速度,提出一种综合考虑滚珠丝杠副进给系统动态特性、最优导程、重复定位精度等因素的优化设计方法,并对该样机的进给系统进行设计。研制完成一种内装电机直驱后置式分体主轴单元。对主轴单元的传动方式、轴承选择、轴承的支撑组合、轴承安装定位方式、电机与主轴的配合过盈量、轴承与主轴的配合过盈量及主轴单元的动平衡技术进行研究。揭示主轴与电机转子配合过盈量设计的关键要素、主轴与轴承内圈配合过盈量设计的关键要素。设计主轴单元的冷却润滑系统,同时对主轴单元进行热仿真。研制完成一种静压支承力矩电机直驱高精度数控转台。建立数控转台用带可自动调节缝隙节流的封闭式静压轴承的油垫流量、刚度、油垫的摩擦功率损耗、油膜间隙等技术指标的设计计算模型。获得最小功率损耗下的最优油膜间隙、系统所需的流量、功率损耗、油膜刚度随负载的变化、负载范围等关键指标;明确带可自动调节缝隙节流的封闭式静压轴承的设计计算方法与流程;设计开发一种静压支承力矩电机直驱高精度数控转台及其液压控制系统。以这些研究成果为支撑,对研制的精密卧式加工中心样机进行测试,验证这些设计方法的科学性。