加工过程中的振动问题是造成机床精度下降的主要原因,振动剧烈时甚至会影响到机床的使用性能,降低机床的寿命。机床关键零部件的结构设计及布局直接影响到整机的加工精度,如何在降低机床质量的前提下,保证或改善机床的静动态性能已成为当前机床结构件优化研究的热点。本文依托“国家十二五科技支撑计划课题”,以HMC-63h高速卧式加工中心为研究对象,通过理论模型分析、有限元建模等方法,研究机床中的主要结构件立柱、滑鞍、床身对整机静动态性能的影响,提出了零件结构的优化方法,并进行优化设计。主要内容如下:(1)从机床结构动力学理论出发,完成了多自由度阻尼系统的动力学响应分析,并采用弹簧-阻尼单元对机床中的滑动导轨结合面、立柱与床身之间的螺栓固定结合面进行模拟,建立了整机的有限元等效动力学模型,为后续机床静动态性能的分析与结构优化奠定基础。(2)通过对整机进行模态分析与谐响应分析,识别出立柱是影响整机动态性能的关键结构件。以立柱为优化对象,提出了一种基于拓扑优化、筋板优选与尺寸优化相结合的结构优化方法,并设计出了一种带有W形筋板结构的立柱优化方案。通过对比优化前后立柱单件及整机的静动态性能,验证了该优化结构的有效性。(3)根据灵敏度分析结果获得了对滑鞍结构动态性能影响较大的尺寸参数,并采用响应面优化方法对这些尺寸参数进行优化。分析结果表明,在不影响机床静动态性能的前提下,按优化后的尺寸参数设计的滑鞍结构其质量减轻了7%,这有效的降低了机床的能耗,改善了机床运动零部件系统的灵活性与加速性能。(4)对床身元结构优化方法进行了研究。首先利用元结构已有的优化分析结论,对床身结构进行多目标优化。然后,分析了元结构优化方法的不足,在对床身元结构进行提取、分析及优化的基础上提出了元结构二次优化方法。最后,对床身结构的多目标优化结果以及元结构二次优化方法进行了验证分析,评价了床身各优化方案的有效性。