近年来，我国船舶制造、航空航天、发电设备、冶金设备等重型装备制造业的快速发展，市场上对复杂零部件（船舶螺旋桨、水轮机叶片、风力发电机、飞机复杂整体结构件、大型工程设备零件等）的需求日益增加，技术性能要求也不断提高。对复杂零部件的加工不仅要求精度高，而且常常要求工件整体加工、效率高。实现这些要求的主要方法是对毛坯一次装夹，多面高精度复合加工。但是多面加工时，机床刚度问题一直困扰着设计人员。针对这种情况，扬州力创机床有限公司与扬州大学合作研发一种可更换主轴头的大型龙门加工中心，旨在解决加工中心在多面复合加工时令人困扰的机床主轴头与横梁刚度问题，使得生产效率和工件加工精度得到提高。　　本文依托该项目，着重对头库式龙门加工中心的横梁结构进行研究。在参考公司已有龙门铣床的横梁结构情况下，优化设计一种符合新型龙门加工中心设计指标的横梁结构;确定了新横梁的导轨布置;文章还探究了将预应力原理与横梁相结合，以减小横梁的弯曲变形，并对此做了理论分析。　　本文横梁设计目的是在满足刚度的条件下，使得变形量最小、质量轻、一阶固有频率较大、等效应力最小。文章在受力分析的基础上，参考已有结构，提出了五种肋板设计方案，依据有限元软件的模拟与仿真结果，综合实际情况，选出了最适合的一种肋板方案。此方案较横梁原型结构变形量减小15.7％，最大应力减小71.1％，一阶固有频率增大34.1％。为了进一步减轻横梁质量，在已选肋板方案的基础上，利用BP神经网络与遗传算法相结合，即BP—GA(Error Back—propagation Algorithm and Genetic Algorithm)算法对肋板孔的尺寸进行了优化，寻找最优解，减轻横梁重量。　　文章根据资料中对导轨水平布置和垂直布置的分析，提出三种导轨布置方式，利用有限元方法，通过比对横梁的总体变形数据，确定了在本横梁中导轨采取的布置方式。此外，提出在横梁中部设置一条滑动导轨，承担卸荷作用，减小滚动导轨的受力，添加了卸荷导轨的横梁上导轨变形减小55.17％，下导轨减小50％。　　论文最后提出将预应力原理与横梁相结合，以减小横梁弯曲变形。并设计了预应力横梁的结构形式，就此结构形式进行了理论分析和模拟仿真。其结果表明，横梁Z向最大变形量减小了25％，故预应力理论减小横梁弯曲变形的方法是切实可行的。