龙门铣床具有加工效率高、刚度好、跨度大、精度高等特点,在机床行业中具有举足轻重的地位,随着科学技术的发展进步,对机床的设计提出了更高的要求。传统设计方法的局限性逐渐显现,新方法的开发与应用愈显重要。在这样的行业背景下,本文以某型大型龙门铣床为基础,以轻量化设计和提高横梁刚度为目标,结合结构仿生、拓扑优化以及多目标优化等设计手段,对横梁进行了新型结构的设计。本文的主要研究内容有以下几个方面:(1)对本文涉及到的仿生理论、拓扑优化理论、多目标优化理论、模糊优选理论、层次分析理论进行了研究。(2)本文从外形轮廓和内部筋板两个方面对横梁进行了新结构的设计。横梁的外形轮廓设计,本文利用ESO方法进行了APDL语言的优化算法编程,对横梁进行了拓扑优化,确定了横梁的外形轮廓设计。对于内部筋板的设计,本文通过相似性评价选择了王莲和竹作为仿生对象,对其结构和力学性能进行了研究,归纳出了它们的构型特点,应用到新型筋板的结构设计中,并提出了区块化结构仿生的设计理念,在此基础上进行了横梁新型结构的设计。(3)通过结构仿生设计出若干备选方案,为避免方案尺寸参数搭配对优选结果造成影响,导致优秀方案的差尺寸搭配不如较差方案的好尺寸搭配的情况,首先对每种方案进行了多目标优化,保证每种方案都是每种构型设计的优秀方案,然后将这几种优秀方案一起进行多目标的综合优选评价,从横梁性能和工艺两个方面选出最好的设计方案。(4)从横梁的定位精度着手,对承载部件在横梁上移动时刀具轨迹的直线度和角度偏差展开研究,提取了承载部件移动到横梁不同位置导轨面处的变形数据,并应用MATLAB软件对数据进行了处理,仿真了横梁导轨面处变形的补偿,结果表明精度有很好的提高。