三坐标测量仪是一种现代化、多功能、精密的测量仪器,其中大型悬臂式三坐标测量仪在航空航天行业、汽车行业和制造业中具有广泛地应用,但其在目前国产化过程中还存在测量精度不足和制造成本的压力。本文通过对现有悬臂式三坐标测量仪中一些重要结构件的分析与优化设计,来提高测量仪的承载能力和测量精度,文中主要工作包括以下几个方面:首先概述了悬臂式三坐标测量仪中支撑平台的功能和特点,使用有限元分析的方法,针对目前常见的不同地脚布局的支撑平台进行了理论分析和对比,经过多方面的综合评分和对比后,确定了最佳的地脚布局方案。然后介绍了铸铁支撑平台的常见的筋结构布局,并使用拓扑优化的方法来完成了筋结构的重新设计和三维模型的建立。通过理论分析,支撑平台在拓扑优化后重量减轻、载重能力获得了提高。之后,介绍了悬臂式三坐标测量仪中长轴底座的功能和特点,使用有限元软件分析了目前使用的长轴底座在温度发生变化时导轨安装面产生的形变。接着本文提出了使用多个柔性支撑来减少上述形变的方法,在该方法理论论证有效后,对柔性支撑的关键尺寸进行了多指标正交试验,成功的得到了综合评分最好的柔性支撑的结构尺寸。最后,对于采用了多个柔性支撑的方法进行了进一步的热变形相关的理论分析。最后,针对新结构的支撑平台和长轴底座进行了实验验证。在对支撑平台样品的实验中,考察了精加工后和调试完成后这两个阶段时,支撑平台工作面的平面度误差;长轴底座样品的实验主要包括三个项目,分别是长轴底座调试完毕后的精度测试、整机安装完毕后的精度测试和长轴底座内部存在温差时的精度测试。实验结果表明,新结构的支撑平台和长轴底座均满足设计要求。