大型数控龙门铣床是机械制造业中必不可少的设备，设计、制造高精度和高效率的龙门铣床是国内外铣床生产厂家共同的夙愿。龙门框架是龙门铣床的关键部件，对机床的性能有决定性作用，本文将虚拟样机技术应用于龙门铣床和龙门结构的设计和分析，为数控龙门铣床的设计做了有实际意义的尝试。本文使用三维建模软件Pro/E建立了大型龙门铣床的整体模型和龙门框架的参数化数字模型，实现了龙门框架的系列化设计，并通过有限元分析软件对龙门框架进行虚拟样机静力学分析、模态试验和谐响应分析。使用有限元分析软件ANSYS/Workbench直接建立有限元模型，通过手动设置网格划分，优化网格质量并控制单元数量。对龙门框架进行静力学分析，计算了变形和应力分布，确定其刚度和强度满足数控龙门铣床的要求，对设计工作具有非常深刻的指导意义。ANSYS静态分析为此机床的改进设计提供了理论依据。选取龙门框架进行模态仿真，分别得到龙门框架的模态频率和模态振型，并且对其中前10阶模态振型进行了分析，以说明模态频率和模态振型对此龙门动态特性的影响。对龙门框架进行谐响应分析，计算了机床工作时，在复杂的空间载荷作用下，龙门框架部分能获得多大响应幅值，通过分析计算能够预测结构的持续动力学特性，从而验证其设计能否成功的克服共振、疲劳及其他受迫振动引起的有害效果。将PRO/E中建立的整机CAD模型，导入ADAMS中进行参数设置与调试，添加运动副和电机驱动，形成与物理样机有相同工作性能的虚拟样机。通过对龙门铣床的刚体和刚-柔混合体运动计算求解分析，验证其结构设计的合理性以及立柱在运动中的变形量是否达到设计要求。通过本课题的研究，获得了许多有价值的重要结论，为龙门框架的结构设计、装配、模态试验、静力学分析、谐响应分析以及运动学分析提供了宝贵的经验，为更好地掌握和优化龙门框架的动态性能及减振设计提供了参考，为龙门框架的系列化、模块化设计和最优设计奠定了重要的基础。为提高大型龙门铣床的加工精度提供了重要的途径。