从结构设计阶段提高机床加工精度属于硬补偿方法,是其他软补偿方法有效实施的基础,如何有效地分配刚度是在主轴设计阶段提高机床精度的关键。本文以某立式加工中心的主轴为对象,通过推导主轴结构数学模型中约束条件表达式的方法,在等强度设计的基础上,结合实际工况条件对该主轴进行基于刚度优化的设计,并用有限元建模仿真的方式对设计结果进行检验和分析,本论文具体的工作内容如下。(1)建立初步的主轴结构设计数学模型,并求出其强度条件和刚度条件的约束表达式。(2)计算在强度约束条件下超静定主轴的最小尺寸分布结果,探讨刚度约束条件下的最小尺寸分布的特征,发现其解不惟一,但其中必然有一种解是符合材料合理分配原则的。(3)等强度分布比例符合刚度合理分配的原则,可作为主轴结构优化设计时有效提高刚度的设计依据。在该尺寸分配的基础上进行修正,得到可加工使用的近似阶梯轴模型,并用有限元软件仿真。(4)通过研究约束条件的表达式来寻找提高主轴性能的途径,对阶梯轴支撑跨距和转动惯量等结构参数进行多目标优化。(5)有限元软件对优化后的阶梯轴模型进行热变形仿真,分析刚度优化对热态特性的影响。仿真结果表明,以等强度尺寸分布作为主轴刚度优化设计的依据,其设计结果能达到提高主轴加工精度的目的。