本文针对N-099型重载数控车床的主轴箱结构优化开展了研究工作。优化目标是在保证主轴箱刚性和强度以及模态的固有频率不降低的条件下，尽量减轻主轴箱的重量，并寻求主轴箱材料更合理的分布。数值模拟工作在HyperWorks系统中进行。主要工作如下：1、对主轴箱实物进行了约束模态试验，与仿真模态分析的结果进行了对比，证明了有限元仿真模型的可靠性；2、对主轴箱进行了仿真静力分析和模态分析，得到了主轴箱的变形和应力情况，以及各阶模态的固有频率和振型。发现主轴箱在主轴孔位置变形的富余量不多，但是应力较低，且一阶固有频率远高于主轴工作频率，强度与动态特性较好；3、基于静力与模态分析的基础，对主轴箱进行了以主轴孔变形量和前四阶固有频率为约束条件、以主轴箱体积最小为目标函数的拓扑优化，得到了参考优化模型；4、根据参考优化模型及散热性等要求，在SolidWorks中重构了主轴箱三维几何模型，得到了主轴箱优化模型，并对优化模型进行了仿真静力和模态分析。结果表明主轴箱在质量有所减轻的情况下，最大变形量和应力有所减小，且低阶固有频率有一定范围的上升。