作为现代制造业的关键设备,数控机床的高精度化和高速度化已经成为先进制造业的关键。机床的性能取决于其静态特性和动态特性,研究机床结构静动力性能的可靠的分析方法和实现软件成为高性能机床设计的重要问题。机床精度和速度与结构的刚度与自身重量密切相关,在保证结构刚度和强度等静动力特性要求的条件下,尽可能地减少自身重量(轻量化),不仅有利于节省成本,更有利于提高机床性能。因此,采用拓扑优化等先进技术,研究和发展机床结构新构型的设计方法有助于高性能机床的设计。在这些需求的牵引下,依托“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项,开展了机床结构静动力性能分析与典型部件构型设计方面的研究。开发了具有完全自主产权的数控机床设计专用软件的静动力分析模块；研究了机床典型部件构型设计的拓扑优化方法,针对立柱等典型部件进行了构型设计。主要研究工作如下：1)机床动静热性能分析与拓扑优化设计软件(MATO)的静动力分析模块开发与典型部件的静动力性能分析。介绍了MATO软件的主要功能及整体结构,对软件的静动力分析能力进行了经典算例的测试；利用MATO和ANSYS对主轴箱进行了静动力分析,得到了其变形特点及动力特性,同时对两种软件的计算结果进行了对比,验证了软件处理机床部件的能力。2)基于拓扑优化的机床典型构件构型设计。根据结构拓扑优化理论,利用OptiStruct对卧式加工中心立柱进行了静动力多目标拓扑优化,得到了新的构型设计；尺寸优化之后,其静动力性能均得到很大改善。3)考虑结合面的机床整机动力分析。机床的零部件性能不足以完全反应机床整机的性能。本文考虑机床导轨结合面和轴承结合面,将其简化为一系列弹簧,基于这些假设将其应用于机床整机分析中,其理论计算结果与实验结果吻合良好。本文工作得到国家重大科技专项“高档数控机床与基础制造装备”(编号：2009ZX04014-034)的资助,在此表示感谢。