龙门导轨磨床是航空航天、电力、船舶以及各种大型机床的关键加工设备。西方国家一致把数控龙门导轨磨作为重中之重的加工设备来开发研制,尤其是随着飞机产业的飞速发展对龙门导轨磨床的精度、稳定性和可靠性等要求越来越高。由于国外对我国的出口条件非常苛刻,我国一项对于自主研发非常重视,但是由于长期以来我国的科研水平有限,没有完善的工艺加工标准,所以阻碍了我国对龙门导轨磨床的自主研发。很多高精度的加工依然要依赖从国外进口,而在对龙门导轨磨床的总体设计和研发仍然是依靠着对国外设备的仿制和采用类比法来进行设计,没有建立完整的理论作为依据。因此我国的机床行业发展缓慢。对机床的设计和研发的理论系统的建立显得十分重要。本文是长春工业大学与长春第一机床厂校企合作项目。首先对机床领域的国内外发展情况做了了解。通过将国内外龙门导轨磨床的发展进行对比,找出我国龙门导轨磨床在研发和设计上的不足之处。本文主要是对龙门导轨磨床的龙门结构的结构优化设计。通过有限元分析的手段得到原立柱和横梁的动静态特性,提取具体的数据以为后面的拓扑优化作为参考和约束。利用多目标拓扑优化理论对立柱进行拓扑优化,并根据优化以后的具体的质量分布情况对立柱进行重新设计。再对重新设计的立柱做多目标参数优化,得到立柱各个特征的具体优化后的尺寸。经过与原立柱的动静态特性的对比,最大总位移减少了6.7%,第一阶固有频率提高了11%,同时质量减少了18%。完成了在减少材料使用的情况下提高立柱动静态性能的轻量化设计的目标。通过对横梁部件的筋板利用多目标拓扑优化和施加模式重复约束得到内部筋板的概念设计形状,并根据拓扑优化结果对横梁部件内部筋板重新设计。再对重新设计的横梁建立参数优化的多目标有限元模型,得到优化结果与原横梁的动静态特性进行对比。在质量减少了9.6%的情况下,总变形量减少了21%；第一阶固有频率提高了20%,通过对比可知动静态特性都得到了明显的提高,达到了轻量化设计的要求。长春第一机床厂将上述研究成果应用在MM52160龙门导轨磨床的设计上,得到了良好的动静态性能。