机床静、动态性能是评价机床结构性能优劣的重要指标。以拓扑优化理论为基础的结构优化方法在机床结构设计领域得到广泛的应用,并且以有限元理论为基础的尺度优化方法正在机床性能设计方面被大众熟知并广泛采用。与传统的经验设计相比,这类方法可以突破机床原始结构束缚,进行结构创新设计。在保证机床性能的前提下,完成结构方案的尺度优化设计。本文结合课题要求研究了基于拓扑优化的结构优化设计方法和基于有限元的尺度优化方法,运用该设计方法对立式加工中心的十字滑台进行结构优化与性能设计。主要的研究内容如下：(1)通过研究机床支承件的一般设计流程,将软件的功能模块进行分解,相应的开发了物理模型、概念模型设计和强度刚度设计三大模块。在物理模型分析阶段,完成基本实体模型建立、结合面载荷求解和约束等效；在概念模型设计阶段,进行结构拓扑优化和概念构型设计；在强度刚度设计阶段,实现结构方案的详细性能设计,包括构型与尺度设计,以及支承件的性能分析与评价。(2)应用本文论述的结构优化设计方法以及Hypermesh模块对十字滑台进行结构拓扑优化,以多工况静、动态加权组合应变能为优化目标,生成最佳传力路径；根据规整化处理原则,在不同的几何视图方向上提取优化结果特征,完成了十字滑台的概念构型设计。在结构方案设计阶段,根据拓扑优化结果以及主体结构与单元结构的一般设计原则,在概念构型基础上完成详细结构设计。(3)应用“尺度优化”方法以及Workbench模块对十字滑台进行结构性能设计,以多工况静、动态组合性能为优化目标,按照性能优先等级排列,获取各个优化设计变量的最佳尺度组合。通过静、动性能分析,与原方案相比,新方案重量减轻7.67%,结合面的最大综合变形减小6.3%,但刚质比提高15.6%。在动态性能方面略有降低,可仍能满足机床支承件工况条件。从而验证了结构优化设计方法与“尺度优化”方法具有实际应用价值。