机床又称为工业母机,是加工生产其他设备的机器。机床作为孕育了一个国家工业的摇篮,有着举足轻重的地位,作为一个国家的基础产业,关系到了国家的国防、军工、科技的实力,同时也对国家经济发展有深远的影响。本文以加工中心床身为研究对象,从立式加工中心的主要支撑件床身性能优化角度出发,提出基于拓扑优化和响应面分析的加工中心床身结构方案设计方法。全文主要内容包括:(1)对加工中心床身所受的变载荷铣削力进行求解计算,并分析加工中心铣削力的传递路径,区分铣削加工过程中的不同工况。计算出变载荷铣削力分力横向进给力、纵向进给力、垂直进给力及其加载的位置方向。(2)基于Solid Works的参数化建模及ANSYS有限元模型前处理,使用平均频率法和折中规划法构建变密度法拓扑优化的数学模型。引入灰色模糊层次分析法来确定拓扑优化过程中各个子目标的权重系数值,最终确定固有频率子目标的权重系数以及柔度子目标的权重系数。借助改进的变密度法拓扑优化差值模型得出加工中心床身的拓扑优化的最佳的材料分布模型。(3)加工中心床身的关键结构尺寸优化,基于拓扑优化的基础上,对构成加工中心床身单元的几个结构尺寸进行灵敏度分析,确定出结构尺寸对于单元结构的质量和固有频率影响程度。借助最佳填充空间设计方法构造样本空间点,其尺寸变化范围在设定区域之间。将得到的样本空间点进行响应面拟合构造以结构单元质量和固有频率为目标的二阶响应面。使用MOGA多目标遗传算法对响应面进行优化求解。将得到的候选点尺寸带入结构单元中。获得加工中心床身尺寸优化的最佳方案。(4)对本文所采用的结构优化方案进行实例验证,以证明本文研究方案的合理有效性与可行性。通过对比优化前后的性能参数发现,采用优化后的加工中心床身前三阶固有频率都得到了有效的提高,床身质量得到减少,最大变形量降低,最大应力降低。该优化方案使加工中心床身的结构布局更加合理有效,实现了结构方案设计。