与传统机械加工相比,激光切割具有切削速度快、噪声小、应用范围广等优点,因此被广泛应用于汽车制造、石油化工和航空航天等领域。目前,国内的激光切割设备厂家大多采用关键部件外购并二次组装的生产形式,导致设备的投入高,生产效率低,而组装后的设备静动态性能都比较差,加工精度也不高。因此研发具有自主知识产权的、高效的、动静态特性良好的激光切割机床,可以大幅度提高钣金的生产效率。论文通过对国内外成熟产品的调研,确定了激光切割机的设计要求、整体布局和主要技术参数等指标,基于模块化设计的原理对激光切割机进行了模块划分,并着重阐述了切割机关键部分的设计过程与关键零部件的选型。在对切割机整机建立有限元建模时,利用等效弹簧模型和刚度矩阵的方法,模拟了结合部的接触关系,利用Hyper mesh进行前处理,最终得到了整机的有限元模型。采用此模型分析了切割机在重力场的变形情况,又提取多工位的变形情况作为对比,找出了变形最大的工位;通过整机模态分析得到了了整机的前六阶固有振型,使之与刚性固连的整机模型的分析结果做了对比,得到整机薄弱环节;对整机进行谐响应分析,获取道其在X、Y、Z方向上的幅频特性曲线,为加工参数的选取提供了依据。在仿真分析的基础上,又对激光切割机的龙门架结构进行了多目标的优化设计,基于中心复合实验法,建立了龙门架结构目标尺寸输入与结构响应输出的响应面模型,利用此模型并考虑各个设计变量对目标函数和约束函数的灵敏度影响,最终得到了龙门架结构的最优设计点,完成了其自身的优化目标;对优化后的整模型重新分析,验证了优化的合理性。本课题研究内容可为激光切割设备的研发提供方法,并为研究此类设备的静动力学特性与优化设计提供理论基础,有助于提高激光切割机生产质量降低生产成本。