大型龙门加工中心作为一种大型高档数控机床一直是国家重点支持与发展的装备。随着航空、航天、船舶、风电、冶金等大型装备制造业的飞速发展,不仅要求龙门加工中心能够实现大尺寸的加工,更要求其具有良好的动静态特性。根据江苏省产学研前瞻性联合研究项目“超大型多动门动梁五面体龙门加工中心关键技术研发”,本文以QLM23-65600超大型4动门龙门镗铣床中的一个具有五面体加工性能的动门QLM2365/5X为研究对象,利用有限元分析软件对其进行静动态特性分析及优化设计,并利用VC++6.0平台完成龙门加工中心快速仿真平台开发,以实现参数化主轴等零部件的快速分析。论文主要工作包括以下几个方面:1.设计了QLM2365/5X动龙门整机及其主要零部件,建立了有限元分析模型,完成了整机的静力学分析和模态分析。同时对整机进行了静刚度试验和模态试验,验证了有限元分析模型的正确性。2.设计了四种不同筋板布局的大型横梁结构,通过有限元分析,得到了四种方案的静动态特性参数。以高刚度、高抗振性和轻量化为评价指标,采用静动态综合性能优选方法,优选出X型筋板布局的横梁结构,并对其结构的主要尺寸进行了灵敏度分析和优化设计,得出了横梁结构最优X型筋板尺寸,从而使横梁的质量得到控制,静力学性能有所改进,抗振性得到明显提高。3.对传统结构的立柱进行了有限元分析,发现其筋板布局不能充分发挥材料最优性能。为此,通过研究生物的根系结构和筋板结构的相似性,提出了筋板的仿生学设计方法。以银杏根系结构为参考,对立柱进行了仿生设计,得到筋板仿生型结构。对原型和仿生型立柱结构的有限元分析对比结果表明,立柱的动静态性能明显提高。4.对主轴系统进行了静力学分析、模态分析、谐响应分析以及热—力结构耦合分析,发现主轴系统的抗振性需要提高。为此,通过灵敏度分析确定优化设计变量,对主轴结构进行了多目标动态优化设计,利用综合评价法获得最优设计方案。使主轴在质量和静特性基本不变的情况下,抗振性得到提高。5.为了快速实现不同系列龙门加工中心的上述分析,采用VC++6.0开发了基于ANSYS的仿真平台,该平台能够实现横梁、立柱及主轴部件的快速仿真及优化设计。通过对主轴结构的快速仿真分析,验证了系统的可行性。