数控机床是整个装备制造业的基础。随着科技进步和国际竞争的日趋激烈,我国国民经济和国防建设对装备制造业的要求越来越高,因此,研制和开发具有优良加工性能和较高稳定性的数控机床对整个国家的生存和发展将产生重大影响。数控立式车床主要用于加工大型回转体零件,其加工精度和生产效率受到立柱和横梁等承载结构动、静态特性的影响。本文根据基于有限元法的结构分析和动态优化设计方法,对关键零件横梁进行了轻量化设计研究,为横梁的实际设计方案提供参考依据。首先,根据设计参数、依据经验公式,并查找相关数据,计算出数控立车车削加工工况下的切削载荷,确定和简化约束。在Workbench中建立机床各零部件及整机的有限元模型,按照先前静力计算的结果施加载荷和约束,对整机结构分别进行有限元静力学分析和模态分析。根据静力学分析结果计算整机结构的刚度,验证了机床在车削加工过程中能够满足加工精度要求；根据模态分析得到的机床整机前六阶固有频率值,进行了结构改进,验证了机床在实际工作条件下不会发生共振。通过对机床整机结构的有限元分析,得出整机设计比较保守的结论,因此需要对关键零件进行轻量化设计。在机床整体结构中,横梁承担刀架重量、传递切削载荷,所处位置十分重要,对加工精度影响很大。因此,机床横梁的轻量化设计研究对提高机床整机的加工性能的效果将十分显著。本文利用CATIA、HyperMesh和ANSYS三种软件间数据的兼容性,在CATIA中创建横梁的实体模型,然后导入到HyperMesh中进行网格划分和单元类型的定义,在ANSYS中对其进行参数定义,再导入经过HyperMesh处理的模型文件,实现参数化建模。这种做法既发挥了CATIA软件在创建模型方面易于操作的优势,同时又发挥了HyperMesh在网格划分方面的优势,缩短了优化时间。在ANSYS中应用其自带的APDL语言编写优化命令流文件,并运行程序,优化横梁结构,达到了轻量化设计的目的。为了检验横梁轻量化设计对整机特性的影响,按照优化结果对横梁重新建模,并与其他零部件重新装配,形成新的整机结构模型,对其进行静力学分析和模态分析,验证了横梁轻量化设计是合理的,具有实用性。通过对横梁的轻量化设计为大型复杂箱体结构的轻量化设计提供了可行的方法,同时对今后数控立车的设计、生产和应用具有一定的实际参考意义。