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以机床性能为目标的机床结构的优化及轻量化设计是提高数控机床加工性能及加工效率的重要方法之一。以有限元为基础的结构分析及结构优化方法逐渐被应用到机床设计过程中,为机床结构设计提供了理论依据。将结构优化理论与机床生产工艺结合,为机床结构设计效率的提高起到重要的作用。本课题来源于国家科技支撑计划“机床轻量化设计的‘概念-单元’技术与应用”(NO.2011BAF11B03)和国家科技重大专项“面向动静热特性的机床数字化设计及其软件”(NO.2009ZX04014-034)。本文结合课题内容研究了机床典型结合面的形式,基于结合面的特性参数采用弹性约束的方法对车削中心床鞍进行结构优化,并采用结构单元组合的方式对床鞍进行结构设计。具体研究内容如下：(1)以结构优化的理论为基础,结合机床生产工艺,总结并形成了机床支承件结构设计流程,按照初始条件分析、物理模型构造、概念模型设计、详细结构设计四个主要的步骤进行支承件结构设计；阐述了建立有限元模型时对计算精度产生影响的单元参数,并根据机床分析中实际条件提出参数选取的方法。(2)对车削中心的工况进行了分析。通过研究车削中心典型的结合面形式,提出载荷等效分配方法及包含结合面参数的约束等效形式。求解出床鞍承受的载荷,为床鞍结构优化提供了载荷及约束边界条件。(3)应用Hyperwoks软件平台采用变密度拓扑优化方法对床鞍进行结构优化；在相同的体积约束下分别采用弹性约束的优化模型及刚性约束的优化模型以相同的优化目标对床鞍进行结构拓扑优化。包含结合面参数的弹性约束优化结果与刚性约束的优化结果相比较得到的材料分布形式更加清晰,表明在优化中结合面对于结构优化形成清晰的材料分布形式有很重要的影响。(4)通过对机床常用的承载结构形式的研究,将承载结构单元化,并对床鞍承载结构进行单元化设计,通过静动态性能的分析比较选取床鞍支撑结构的设计方案。该方案与原结构相比较,在保持性能不变的基础上,重量减小了13.2%,表明材料趋于合理分布的形式,同时设计的结构与弹性约束下拓扑优化的结果一致,进一步说明优化结果的合理性。通过本文基础的研究工作,初步形成机床支承件模块化结构设计的思想。