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随着我国制造业的飞速发展，对各式数控加工中心的需求越来越大。目前这些行业配置的机床，特别是高性能的数控加工中心都是从国外进口，这严重制约了我国机床制造业的进一步发展。国内机床生产厂商研制具有自主知识产权的加工中心，设计方法落后，不能满足高科技发展的需要。本文将动态设计方法以及拓扑优化方法应用于数控加工中心的结构设计，以提高机床的动态性能、加工精度和加工效率。该研究对数控机床的开发具有重要的理论意义和工程应用价值。
动态特性是衡量机床产品设计质量高低的最重要的性能指标之一，机床零部件的动态特性直接影响整机性能。对于机床单个部件，以结构固有频率和动刚度为优化目标来进行优化设计，建立反映结构系统动态特性的机床动力学模型，是进行结构动态优化设计的重要基础。本文运用模态测试法对XH715立式铣削加工中心导轨结合面特性参数进行识别，并将其运用于结构有限元建模；对机床整机及关键部件进行动静态性能分析，分析其结构特点；采用经验类比，尺寸优化及拓扑优化相结合的多种优化手段，对机床薄弱环节进行优化设计，取得了良好的结果。
本文的主要工作体现在以下几个部分：
1.用PRO/E软件对加工中心进行了整机及主要零、部件的CAD三维建模。将该模型导入ANSYS软件进行简化和修改，建立了整机的有限元模型。
2.采用模态测试理论中分量分析法对机床导轨结合面进行参数识别，对床身部件进行了振动测试，与仿真结果进行了比较。
3.对机床有限元模型进行静力学和动力学分析，根据分析结果找出机床振动及结构上的薄弱环节，为优化设计做准备。
4.基于传统的优选设计法和尺寸优化方法在ANSYS软件中对机床结构进行优化，改进相关的设计尺寸，对优化后的结构进行动力学分析，其性能和原结构相比有了较大提高。
5.在ICM方法基础上建立整机的拓扑优化模型，采用HYPERWORKS软件建立机床的拓扑模型，经过对该拓扑模型的力学分析体现了拓扑优化的优势和价值。
通过上述各方面的分析得出以下结论：
1.采用模态测试法得到的机床结合面参数，对建立准确的机床有限元模型有积极意义。
2.基于有限元方法的机床动静态性能分析，能有效的分析机床动静态特性和准确识别结构的薄弱环节。
3.尺寸优化及拓扑优化方法较传统设计法具有更强的理论基础，并且取得了更好的设计效果，但还有待进一步改进和完善。