高速度、高精度正在成为现代数控机床研究与发展的方向之一。作为数控车床的重要功能零部件,主轴部件和主轴箱的结构性能的好坏将直接影响整台机床的加工精度;同时,作为数控车床最大的结构件和支承件,床身承载着来自整台机床零部件的多种载荷,其结构性能也将会对整台机床的性能产生重要影响。因此,对数控机床的主轴部件和关键支承零部件展开的相关研究,具有理论研究意义和实际应用价值。课题以沈阳机床股份有限公司生产的某型数控卧式车床的主轴系统和床身为研究对象,针对主轴部件的跨距优化以及主轴箱和床身结构优化方法等问题进行探讨。寻求通过理论模型的推导、载荷的力学求解和有限元模型仿真分析等相结合的方法,探究主轴跨距优化和支承件结构优化思路和方法。课题所进行的主要研究工作如下:(1)在查阅国内外相关参考文献基础上,综述了二支承卸荷和非卸荷主轴部件刚度模型以及机床主轴箱和床身结构优化研究发展情况,确定了课题研究的主要问题。(2)在对二支承卸荷主轴部件刚度模型研究的基础上,建立非卸荷主轴部件径向刚度数学模型,并探讨该类型主轴部件最佳跨距的精确求解方法;研究卸荷主轴部件最佳跨距计算过程中关键问题数字化的方法,并进一步研究了支承刚度与最佳跨距之间的关系。(3)基于所建立的二支承非卸荷主轴部件静刚度模型,对目标机床的主轴部件进行等效载荷求解和支承刚度的确定,以及跨距优化和静刚度分析,并获取主轴部件的刚度损失曲线;研究该主轴部件的载荷比系数γ、尾伸量b分别与最佳跨距l0的关系。(4)主轴箱作为主轴部件的重要支承,其结构性能对于整个主轴系统而言至关重要。对所选目标机床的主轴箱进行载荷求解、有限元模型的建立和基于ANSYS的有限元分析;基于Workbench进行拓扑优化分析,提出改进模型,运用较以往更全面的主轴箱性能评判方法,对模型优化前后的分析结果进行对比分析。(5)来自主轴系统的载荷最终会通过结合面传递到机床床身,床身结构性能对于机床整体性能具有重要影响。以某数控车床床身为研究对象,在对其进行载荷求解、有限元模型建立和分析的基础上,基于元结构的思想对床身的筋板结构进行优化,并用重新建立的床身性能评判方法,对比分析了床身优化前后性能。本课题在建立的二支承非卸荷主轴部件静刚度数学模型的基础上,探讨了该类主轴部件刚度和最佳跨距的求解方法,以及有关部件参数与最佳跨距之间的关系;分别对目标机床的主轴箱和床身进行了有限元分析和结构优化,并通过重新建立的支承件性能评判方法,对结构改进前后的性能进行了分析与评价。研究内容对于提升数控机床有关零部件的整体结构性能具有重要意义。