工业机械手作为现代柔性制造系统中不可缺少的重要组成部分，其使用性能直接关系到整个生产制造系统的生产情况，其结构的合理性尤为重要。工业机械手的先进性对生产线生产效率的提高以及生产质量的提高都有很大的影响。本文研究了龙门式机械手的工作过程，对其工作时的典型工况姿态进行分析，得到8种工作时最具有代表性的工况姿态，将该8种姿态进行有限元建模，通过网格划分、施加约束和载荷并建立相应的工况，得到了龙门式机械手的8种典型姿态的应力值和位移值，在进行静态性能分析的同时找出了工作时整个结构最不稳定的姿态，并以该姿态作为后续模态分析的工况。为研究龙门式机械手的动态特性，在ANSYS中运用BlockLanczos法提取了结构模型的前6阶模态，并计算了龙门式机械手使用时的激励频率，通过将两者比较发现，机械手所使用的电机频率与结构第二阶固有频率相近，有引发共振的可能。因此本文针对该问题，并参考模态振型图所表现出的振动特点进行结构优化。从模态分析的各振型图中可以看出，模态共振不仅会对龙门式机械手整体的使用情况会产生影响，而且会对结构中的运动部件的个体使用情况产生影响，其中导轨滑块移动副的配合精度要求高，且对整体结构起连接作用，因此本文以导轨滑块移动副为例进行龙门式机械手中的运动部件的个体使用情况的研究。进行受到模态共振后发生一定弯曲变形的导轨滑块移动副的重新建模，并对其接触表面进行了接触应力和变形的分析。通过龙门式机械手模态分析，本文采用改变其机械臂的截面形状和优化结构件厚度的方法来加强整体结构的强度和刚度，但由于结构整体的部件数量较多，如果对所有的部件加厚其尺寸势必造成整机重量和成本增加。因此本文采取计算性能参数和质量对各部件厚度尺寸的灵敏度的方法来研究所有部件在整体中的重要程度，其中性能参数包括：一阶固有频率、弯曲刚度、扭转刚度，并综合性能参数灵敏度以及质量灵敏度，在16个厚度尺寸中找出了6个对系统性能影响较大的设计参数，从而针对该6个设计参数所对应的部件进行截面形状优化和尺寸优化。通过灵敏度计算确定优化设计部件之后，从结构和尺寸两方面进行优化设计。在结构优化方面，进行基于不同截面形状的机械臂的建模，通过模态分析进行机械臂截面形状的优化选择，并通过改变导轨的安装方式实现结构上的改进。在尺寸优化方面，以厚度尺寸为设计参数，动态性能参数固有频率和振动位移为约束条件、整机质量最小为目标函数，建立近似的数学模型，求解其最优解后重新进行有限元建模并进行模态分析。在质量只增加4.1%的前提下，实现了对整体刚度进行20%以上的效果，并使固有频率发生改变从而避免共振的发生的目的，得到了一种有效的龙门式机械手CAE技术分析方法，有一定的理论和工程实践意义。