主轴箱是重型数控机床的重要传动机构，对机床的加工精度、抗振特性及使用寿命都有很大的影响。主轴箱的静态和动态性能是决定整机性能的重要因素。了解主轴箱结构的振动特性，如固有频率和振型等，能避免在使用中因振动造成的危害，为主轴箱结构的改进、优化打下一个良好的基础。本文以HTC100型数控车床主轴箱为研究对象，首先利用SolidWorks对主轴箱的箱体及内部零件进行数字化建模，并根据实际工况分析刀具在不同位置时主轴箱的受力情况。然后利用ANSYS Workbench对不同工况下的箱体进行静态分析、动态分析，对主轴箱内的传动轴进行谐响应分析，根据分析得到主轴箱的最大应力、最大形变、振动形式及轴在受到随时间简谐变化的载荷时的响应值，并讨论这些因素对结构的影响。再以减重为目标对主轴箱进行拓扑优化，在不改变稳定性的前提下，减少主轴箱的重量。最后对优化结果重新建模，并分析其静态特性及动态特性,对比优化前后主轴箱的最大应力、最大形变和振动形式。分析结果表明：在四种工况下主轴箱的最大应力都远远小于材料的极限应力，安全系数较高；主轴箱的低阶固有频率远远高于主轴最大转速所对应的频率，不会发生共振；利用拓扑优化方法对主轴箱进行改进，使其自身重量得到相应的减少，而静态特性和动态特性仍符合设计要求。通过本课题研究，不仅可以得到HTC100型数控车床主轴箱的静态特性和动态特性，还提出了相应的优化方案，为设计部门改进机床起到了指导作用，并为其他重型机床的设计分析提供了参考。