“中国制造2025”提出了实现制造强国的战略目标,开发一批精密、高速、高效的高档数控机床是提升我国制造业创新发展能力和国际竞争力的必然途径。机床支承件是机床的重要组成部分,其结构设计的好坏直接影响到机床的最终性能和被加工件的品质,设计人员一直在积极探索高质量支承件的设计方法。目前,机床支承件的设计以类比法和经验法为主,设计结果过于保守,产品大而笨重,浪费材料。本文归纳总结了机床支承件的结构特点,提出以桁架拓扑优化进行机床支承件结构设计的方法,从结构受力的角度出发进行支承件的构型设计,采用ANSYS Workbench进行尺寸优化设计获得备选方案,并采用TOPSIS法进行方案优选,确定最终结果。研究内容主要分为以下几个方面:(1)简要介绍了结构优化的发展历史,综述了离散体和连续体及TOPSIS法的国内外研究现状。针对机床支承件结构设计存在的问题,提出了一种基于桁架拓扑优化的机床支承件结构设计方法。(2)通过分析支承件的结构构成,总结机床支承件的设计特点,引出本文的拓扑优化设计方法。以高阶Euler梁单元的有限元模型为理论基础,建立桁架的有限元模型,赋予桁架结构力学性能,在此基础上进行桁架的拓扑优化设计。(3)采用基结构法对桁架结构进行拓扑优化。采用有限元网格法建立桁架设计域的离散模型,以杆件连接节点获得基结构,建立优化数学模型,在给定的优化约束和目标下对桁架拓扑优化。获得的桁架结构构型即为支承件的结构构型方案。(4)分析支承件结构特点和工况条件,确定机床支承件的桁架设计域,并将机床支承件的载荷条件等效成桁架结构拓扑优化可用的节点力,实现支承件的桁架结构设计。运用有限元分析软件ANSYS Workbench优化支承件结构的特征尺寸,并采用TOPSIS法进行方案优选,确定最终优化方案。(5)利用本文方法对某立式加工中心的立柱进行结构设计和方案优选,将最终结构与原方案的性能进行对比分析,最大变形较小5%以上,减重3.8%,分析结果验证了本文方法的有效性。