利用复合加工技术提高复杂形状产品的加工效率和加工精度,是近年来机械加工领域研究的热点问题,车铣复合加工是该领域发展最快的复合加工方法之一。针对车铣复合加工机床零部件质量过大会增加机床能耗、降低加工效率等问题,本文以某型号重型立式车铣复合加工机床刀架为研究对象,对其进行结构设计,实现X轴、Z轴和C轴联动的车铣复合加工功能;利用有限元数值模拟技术对设计结果进行分析;在分析结果的基础上利用响应面法进行轻量化设计的优化研究,具体内容如下:在功能分析的基础上,确定机床车铣复合功能由刀架的X轴直线运动、Z轴直线运动和主轴的C轴旋转运动联动实现;根据机床的基本参数,确定刀架及其传动系统的运动参数、动力参数,并对主要零部件进行选型和参数匹配;完成刀架系统的总体布局设计,X轴直线进给、Z轴直线进给、C轴旋转的传动系统和结构设计以及刀架滑座、滑枕的结构设计,为有限元分析和轻量化设计奠定基础。根据设计结果,利用有限元软件分析处于机床实际极限工况下滑座和滑枕的动静态特性。建立滑座、滑枕的有限元模型;而后进行静力学分析和模态分析。仿真分析结果表明,根据传统的设计方法,滑座的强度、刚度和一阶固有频率虽满足使用要求,但初始设计时安全系数取值过大,在质量上有很大的改进空间;而滑枕的强度、刚度和一阶固有频率在最初设计时满足使用要求,但受装配条件、空间环境等因素的限制,不需进行进一步的轻量化设计。基于响应面法对滑座进行轻量化设计。采用灵敏度分析方法,筛选对优化目标影响较大的关键尺寸参数;建立以上述关键尺寸参数作为设计变量、以滑座最大应力、最大变形为约束条件、以滑座质量和一阶固有频率为优化目标的高拟合精度的响应面模型;基于响应面模型选择多目标遗传算法对其进行计算和轻量化设计。结果表明:滑座的动静态性能在满足工作性能的前提下,滑座质量减轻了9.7%,最大变形量降低了13.4%,最大应力降低了26%,一阶固有频率提高了3%。滑座的动静态性能在满足使用要求的前提下均得到改善,并且质量得到降低,达到结构轻量化的预期的优化效果,降低了刀架的质量,在一定程度上对降低机床的能耗等方面具有重要意义。