随着我国工业化进程的不断深入,使得对高精、高效的数控机床的需求不断加大。由于传统的经验、类比等设计方法已无法满足现代制造业发展的要求,故使用更加科学的优化理论、方法对高档机床进行设计已然成为当务之急。本文以某型数控铣床为研究对象,利用现代设计、分析方法在机床设计阶段对机床的结构系统进行了全面的动静态性能分析,并采用现代优化算法和软件对机床的关键零部件进行了分析优化。应用SolidWorks三维造型设计软件建立了XK719数控铣床机床的三维数模。在三维结构设计的基础上,运用有限元分析软件对XK719数控铣床进行了关键零部件及整机的有限元建模,并对机床的关键零部件和整机结构分别进行了静力学分析、模态分析和谐响应分析。利用分析的结果,考核了机床结构的静态刚度、强度以及动态特性,从而发现了初始设计方案中机床结构的薄弱环节,为机床的结构优化设计提供了科学的依据。本文采用了两种优化策略对机床结构进行优化。第一种方法是利用有限元软件包中的优化模块,以结构质量和第1、2阶固有频率为目标函数,以机床零件结构壁厚为设计变量,首先通过灵敏度分析找出对结构特性影响灵敏度高的设计变量,然后对结构进行尺寸优化。第二种方法是首先在数理统计及试验设计的基础上,对结构进行拉丁超立方采样以获得采样点,然后利用最小移动二乘法对采样点进行拟合以获得近似函数;最后,利用自适应响应面方法对近似函数进行寻优,以获得最优尺寸。综合对比分析了两种方法的特点及结果,最终采用方案二作为优化设计的结果。该结果在整机质量基本不变的情况下,使得机床的1、2阶固有频率分别提高了16.3%和13%,明显提高了整机的动态刚度。对XK719数控铣床的有限元分析与结构优化工作表明,在机床设计阶段采用现代的设计、分析与优化方法能够有效地提高机床动静态性能,为机床结构优化设计提供科学依据。