重型立式车床主要用于大型回转体工件的加工,在国防军工、航空航天等国家重点领域的发展中占有重要地位。工作台底座作为立式车床的心脏,其结构的静刚度和动态特性是保障重型立式车床加工精度的重要因素。目前针对工作台底座静动态特性的结构设计,单凭经验设计、结构类比等手段远远不能满足重型机床高精度和轻量化发展的需求。本文旨在为重型立式车床工作台底座结构优化提供设计参考和理论依据,具有重要的工程价值和研究意义。由于重型机床结构尺寸大、结构复杂,其动态特性对加工性能的影响有待深入的研究和验证。因此首先基于工程简化原则建立了工作台的几何模型,分析工作台底座在典型工况的受力情况。运用四面体网格划分技术建立了工作台底座的有限元模型,利用有限元仿真的模态分析和谐响应分析技术分析结构的动态性能,辨识出了工作台底座中薄弱部位。然后,运用多参考点锤击技术对工作台底座进行了模态试验,通过对比模态仿真和模态试验结果验证了有限元模型和仿真结果的正确性。利用速度传感器采集工作台分别在切削状态和空载状态下的振动数据,通过时频谱分析确定了工作台底座的薄弱部位,为后续工作台结构优化时设计区域的确定提供指导。接着,利用拓扑优化和尺寸优化技术进行了立式车床工作台底座结构优化。基于变密度法建立了工作台底座结构拓扑优化模型,分别以结构柔度、固有频率及两者的加权和为优化目标得到工作台结构概念模型。然后根据拓扑优化分析结果建立了底座结构的详细设计模型,利用响应面法建立筋板数目优选模型和尺寸优化模型,确定了工作台底座的最终优化方案。最后针对本文所提出的工作台底座的结构优化方法,从仿真和试验两方面进行了对比分析。模态分析表明改进的结构一阶固有频率提高16.82%,谐响应分析表明三个方向的共振频率提高了20%以上,底座的薄弱部位得到了改善。模态试验表明第一阶固有频率提高18.4%,最终验证了优化结果满足动态性能指标的要求,为工作台底座设计提供参考。