大型数控镗铣床作为现代机械加工中的重要工作母机,该机床适用于加工重量大、形状复杂的零件,能在一次装夹内完成多种工序的加工需要,提高了加工效益与企业生产的效益。作为世界上最大的机床生产国和消费国,我国的机床结构设计仍然以经验设计和类比法设计为主,造成了结构尺寸的富余、质量过大和性能不够完善等问题。本文以TK6913大型数控镗铣床为研究对象,利用仿真研究和实验模态两方面共同来研究镗铣床的结构性能,加上基于敏感度分析的优化分析方法,在保证结构刚度、铸造条件的前提下,达到机床质量的最小化。本文的主要研究内容如下：1.利用软件SolidWorks对TK6913大型数控镗铣床整机进行三维建模,简化细小结构后,将其导入ANSYS,经过前处理操作,最后得到整机的有限元模型。2.在镗铣床最危险的工况下进行仿真分析,分别有静力分析和模态分析。静力分析中施加工况载荷和边界条件,得到了整机的应力、应变情况,验证了结构尺寸的富余；模态分析中,对镗铣床的主要零部件进行了模态匹配,验证了各个零件结构设计的合理性,与此同时对整机分析得到整机模态结果。通过静力分析和模态分析,得到各阶模态参数的同时,发现结构尺寸较为富余,有轻量化设计的空间。3.针对镗铣床的关键部件立柱进行了实验模态分析。首先介绍了实验的理论基础、测量方案和测量流程的具体步骤,通过计算得到立柱模态前六阶的固有频率、振型和阻尼比,并采用曲线拟合的方式来验证模态实验结果的可信度,得出了镗铣床的模态参数,并与仿真分析的结果相互验证,为轻量化分析提供了理论基础。4.对该镗铣床展开轻量化设计,在保证刚度的前提下,减少结构质量,节约成本。利用SolidWorks建立机床的模型,通过改变各结构尺寸,在ANSYS中采用灵敏度分析的方法寻找结构中刚度随质量变化的灵敏尺寸。再以灵敏尺寸为优化参数,以结构质量为目标函数,以结构刚度和铸造条件作为约束条件,在ANSYS中对结构进行轻量化设计。设计结果证明了灵敏度分析的方法对于结构的轻量化设计是非常有效的。于此同时结构的各阶固有频率得到了有效的提高,各阶模态的最小间距加大,动态性能得到提高。