随着工业4.0时代的崛起,“高档数控机床”再次入选国家十三五计划重点扶持的产业领域之一,以期助力“中国制造2025”,力争使我国的制造业发展水平再上一个台阶。由此,研究改进加工中心关键零部件的结构设计可以提高其静动态特性,极大地改善其加工精度和加工效率。本课题来源于“高档数控机床和基础制造装备”科技重大专项,前期基础理论的研究和立式加工中心样机的试制已经由陕西科技大学和宁夏中卫大河机床厂完成。后期,应大河机床厂的要求,为进一步提高其静动态特性,运用SolidWorks软件和ANSYS Workbench软件将立式加工中心改制为龙门加工中心,这一课题研究还得到了“陕西省自然科学基础研究计划项目”的资助。本课题主要从以下几个方面进行了研究：1)龙门加工中心关键零部件结构设计和整机装配。依据大河机床厂提供的改进再设计要求,在立式加工中心的基础上,运用SolidWorks软件完成了床身、工作台、立柱、横梁、滑枕、十字滑块、电主轴等关键零部件的结构设计,并完成了龙门整机的装配工作。2)关键零部件静动态特性分析。运用SolidWorks软件和ANSYS Workbench软件的无缝衔接功能,将零部件的三维实体模型导入到Workbench软件中进行静力学分析和模态分析。将理论分析得到的结果与厂家提出的设计要求进行对比,结果表明：关键零部件的强度、刚度和一阶固有频率均满足要求。3)工作台静刚度图谱的绘制。因工作台结构对称,故在1/4工作台上均匀地选取了54个点,在静力学分析中分别得到这54个点的总变形,再计算出静刚度导入到MATLAB软件中,编写拟合曲面数学程序,绘制整张工作台的静刚度图谱。从而为合理装夹工件,提高零件加工精度和表面质量提供了依据和支持。4)龙门加工中心静动态特性分析。对改进后的龙门加工中心进行静力学分析、模态分析和谐响应分析,并把分析结果与原立式加工中心做比较,可以得到龙门整机的静动态特性相对原立式加工中心都有了极大地改善,显著提高了加工精度和加工效率。5)龙门加工中心关键零部件优化设计。对设计尺寸较少、结构相对简单的工作台和滑枕采用拓扑优化设计；对设计尺寸较多、结构相对复杂的横梁和立柱采用基于筛选算法的多目标优化设计。优化结果表明：不仅改善了关键零部件的静动态特性,而且达到了质量减轻的目标,节约了制造和运输成本。