隨著國民經濟的飛速發展和信息技術產業的突飛猛進,對于制造行業尤其是機床行業的要求也越來越高。傳統的機床設計方法在設計過程中主要依靠經驗設計,而且設計周期長,缺乏有效的理論依據作為指導。本文將基于拓撲優化技術,應用機床典型支承件設計方法,實現對機床關鍵支承件的結構分析以及優化設計,從而為后續的機床支承件結構設計研究提供參考依據。 本文的主要研究內容為：

（1）利用ANSYS軟件對立柱三個典型位置工況進行結構分析,分析計算結果,找出結構中薄弱部位,為優化提供依據。同時利用基于拓撲優化的結構設計方法,對立式加工中心立柱結構進行優化設計,利用HyperMesh軟件對不同工況及優化目標下的立柱進行拓撲優化,對優化結果進行有效的分析,建立立柱在不同目標下的概念模型。

（2）利用基于OptiStruct的結構優化設計方法,對立式加工中心立柱結構進行改進設計。設計過程中,根據主傳力路徑與結構分析結果,提出不同的結構改進方案,分析對比改進方案,找出最優方案。然后對立柱結構進行精細化設計,并將改進結構與原始結構進行結構對比分析,改進結構較原結構質量減輕了7.30%,綜合變形減小了12.68%,一階固有頻率提高了10.13%，因此改進設計取得了良好的優化效果。

（3）建立立式加工中心立柱的力學模型,闡述典型工況切削力計算依據,分析立柱在各種加工況下的載荷狀況以及不同位置工況的邊界條件,為立柱結構分析及設計提供基礎條件。

（4）總結歸納出機床典型支承件的結構設計流程,通過對機床典型支承件的結構優化設計過程,驗證了此流程在機床支承件設計領域的可應用性。