龙门加工中心作为大型数控加工设备,其零部件的设计和性能直接影响机床的加工精度。在加工过程中的振动和受力是造成加工精度下降的主要原因,剧烈振动甚至会导致零部件的损坏,降低机床的使用寿命。如何在保证零部件和机床整机性能的前提下,降低零部件的质量是当下研究的热点问题。本文以GL-2013Z龙门加工中心为研究对象,通过整机的静、动态分析得到机床整机的性能参数,并对横梁、滑鞍和床身进行优化设计,主要内容如下:(1)利用Solidworks建立该加工中心整机三维模型,计算在铣削状态下的切削力,并对模型进行静态特性分析、模态分析和谐响应分析,得到机床整机的静变形量、前六阶模态频率和振型及频率响应曲线等参数,为零部件的优化设计奠定基础。(2)根据拓扑优化设计理论,并基于ANSYS Workbench平台对横梁进行拓扑优化和筋板选型相结合的轻量化设计。然后通过分析和对比选择“X”型筋板作为新横梁的筋板,横梁质量减小了2.1%。通过优化前后的对比单件及机床整机静、动态性能,验证了优化设计的有效性。(3)基于灵敏度分析理论分析了滑鞍关键尺寸对质量、一阶固有频率和静刚度的灵敏度,并通过对分析将对性能影响较大的尺寸作为优化尺寸,最后结合多目标遗传算法对滑鞍进行优化求解。优化后的分析结果表明,在静动态性能均有明显提升的情况下,滑鞍的质量降低了2.7%,有效降低了机床的能耗,提高了运动部件的加速性能和灵活性。(4)首先对元结构优化方法进行了研究,然后基于之前学者的研究结论对床身进行基于元结构的优化设计,并针对元结构优化方法的不足,又结合灵敏度分析优化方法进行床身的二次优化。最后对床身的优化结果进行了验证,结果表明在床身质量降低6.8%的同时,床身单件及机床整机的静、动态性能均有了明显的提升。