在对各种零件进行加工时,数控机床起着非常重要的作用。随着生产技术的飞速发展,人们对产品的加工精度要求不断提高,其对数控机床综合性能的要求也逐渐提升。传统的设计方法及其应用范围具有一定的局限性,制约着机床向着高速化、复杂化和高精度化发展。因此,在机床设计的整个过程中,应用现代设计方法来处理问题是非常必要的。在机床的图纸设计阶段,建立机床零部件或整机的有效模型,对其进行静动态分析,便可获得静动态特性。将得到的特性参数与机床的性能要求进行对比,找到机床的薄弱环节,进而为其结构修改和优化设计提供依据和指导。这样不仅能提高机床的综合性能,还能缩短产品的开发周期,降低成本。本文以La6150经济型数控车床为研究对象,针对设计初期机床工作精度不足的问题,对支撑主轴的主轴箱进行了有限元分析和结构优化设计。根据该型号数控车床在加工时的几种典型工况,分别对主轴箱、主轴和传动系统进行受力分析,计算出不同工况下主轴箱受到的外力以及各轴承单位时间的发热量。经过对比,找到机床主轴箱的危险工况,从而为后续的分析提供确定的边界条件。在危险工况下,对主轴箱进行稳态热一结构耦合分析,得到箱体的应力应变分布情况以及最大变形情况,为后续的优化设计提供数值依据,即目标函数和部分约束条件的确定,并提出几点改善箱体热特性的措施。对主轴箱进行约束模态分析,得到其在无阻尼自由振动下的前六阶固有频率和振型,分析了主轴箱的动刚度,并为后续的优化提供数值依据,即部分约束条件的确定。通过灵敏度分析,得出主轴箱最大变形和一阶固频对其主要设计参数的响应曲线,能够清晰的观察到各设计参数对目标函数及状态变量的影响程度,为结构的优化设计提供依据和指导,具有重要的参考价值和实际意义。将有限元分析和实验设计相结合,建立了以主轴箱的壁厚和内部筋板厚度为优化设计变量,以结构的最大应力和一阶固频为状态变量,以主轴箱的最大变形量和质量作为目标函数的多目标优化数学模型,采用遗传算法进行优化计算,得到满足部件性能指标的最佳设计变量值。最后,针对主轴箱热力耦合分析找到的薄弱环节和参数优化给出的最优参数,通过结构修改,设计出一种性能更优的箱体结构,为企业的改型设计提供参考。