随着我国制造业的发展,国内全产业链不断加快完善,对加工机械要求不断提高。加工中心凭借加工效率高、适应工况复杂和相关政策支持,成了制造业企业的热门选择。然而,许多企业推出的加工中心新产品均是在原有机床的基础上做简单尺寸改进,没有针对加工中心工况和动静态特性和轻量化需求来进行针对性设计。本文针对上述问题,研究了现有的某立式加工中心立柱结构和基于拓扑优化的加工中心结构优化方法,对加工中心的立柱进行结构有限元分析和减重优化。具体研究内容如下:首先对某型号加工中心立柱结构进行了模态分析实验,并使用SolidWorks对加工中心立柱结构建立实体模型,再运用有限元软件ANSYS-workbench对模型网格划分并进行动静态分析,通过与模态实验数据对比验证了立柱结构有限元模型的准确性。为实现加工中心立柱结构的轻量化设计,基于原立柱的静动态分析值和加工中心几大件工况特点,提出了加工中心刚度设计目标。运用Hypermesh模块对加工中心进行拓扑优化设计,得到外轮廓模型和结构概念模型。根据概念模型对立柱结构进行结构详细设计、筋板减重孔布置和加工工艺改进,得到两种全新的结构方案。对两种方案进行有限元动、静态分析并与原结构验证对比,得知能够满足工作条件并减轻重量,其中方案二实现减重11.7%的效果。同时有效减少了最大变形情况和应力集中情况,改良了加工工艺提高了加工效率,降低了内部筋板结构的复杂度。本文对立式加工中心立柱结构性能分析和拓扑优化设计进行了研究,有效的改善了加工中心立柱结构的应力分布并提高刚度,降低了立柱结构的重量,提升了立柱结构的性能并改进加工工艺。达到了预期目标。