平面磨床因其加工精度高、结构紧凑、传动平稳可靠、通用性好等特点而被广泛应用于精密和超精密工件的加工中。随着加工技术的飞速发展,机床逐渐呈现出高速度、高效率、高精度和自动化的发展趋势,磨削加工在切削加工中所占的比重也越来越大,因此对机床的动态性能要求也越来越高。目前,机床的关键零部件的设计都是采用类比法仿制国外的产品或者采用传统的经验设计,使得设计出来的结构不够合理,其静动态特性得不到保证,直接影响到机床的加工精度和性能要求。因此,需要对机床的整机动态性能进行分析,并根据分析结果有针对性的加以改进,使得设计出来的机床满足预想的性能要求。本文以某数控卧轴矩台平面磨床为研究对象,运用有限元分析技术和结构拓扑优化并结合模态试验的方法,对其进行了模态分析和拓扑优化设计。主要研究内容如下:(1)根据数控卧轴矩台平面磨床的结构特点,在三维建模软件中建立磨床关键部件的三维实体模型,包括床身、工作台、立柱、拖板、磨头体以及其他的零部件,按照装配要求完成机床整机的装配。进行适当的简化之后导入至有限元分析软件进行前处理。对磨床主要结合部特性和结合面参数进行了分析和求解,建立考虑结合部特性的磨床整机的有限元模型。(2)用有限元软件对磨床整机进行模态分析,得到磨床前十二阶模态频率和振型,对磨床整机的动态特性分析结果进行探讨。通过试验模态分析方法对磨床整机的动态特性进行测试,根据测试结果验证有限元模态分析的正确性。结合有限元模态分析结果和实验数据,识别出磨床的振动薄弱环节。(3)通过拓扑优化的方法,利用Hyper Works软件中的Opti Struct模块对磨床的振动薄弱环节立柱进行拓扑优化设计,并根据分析结果设计新的结构模型。将立柱优化前后的静动态特性以及磨床整机的动态特性进行对比,结果表明立柱优化后,其静动态特性均有所提高,磨床整机的动态特性也得到了改善。