为满足大型复杂空间曲面零件的加工要求,高架桥式龙门铣床采用横梁移动式、工作台静止的结构设计,适应了现代数控机床高效率、高精度的发展趋势。横梁系统作为高架桥式龙门铣床的关键组成部分,包括横梁、滑座、滑枕、主轴等主要运动部件,对机床整机的工作性能有着重要影响。本文为了克服传统横梁设计方案中采用的经验或类比等设计方法的不足,以企业研发的GMS2516高架桥式龙门铣床为研究对象,对其横梁系统进行了设计与分析。论文的主要工作如下:(1)完成了高架桥式龙门铣床总体方案的设计及三维建模,并运用ANSYS Workbench对实际工况条件下的横梁系统关键部件进行仿真分析,获得其各项性能指标值,为后续优化设计中确定综合属性最优的结构设计方案提供了可靠的数据支持。(2)针对横梁系统关键零部件多因素多水平的结构设计特点,采用正交试验方法进行横梁系统关键部件候选方案的结构设计。在保证试验结果准确性的前提下,减少了试验次数,提高了工作效率,为横梁设计方案多目标决策方法的实施奠定了基础。(3)分别采用基于质量功能展开法、灰色关联分析法和模糊综合评价法等多目标决策方法进行横梁结构设计方案的优选,对3种方法所确定的横梁结构方案的性能参数进行对比。对比结果表明模糊综合评价法最优、灰色关联分析法次之,质量功能展开法排名最后。(4)运用所选定的模糊综合评价法完成了滑座、滑枕的结构设计方案优选,并进一步地采用灵敏度分析法确定了横梁系统各关键零部件优选方案的主要结构设计尺寸,实现了轻量化设计。(5)完成了横梁移动双驱同步控制中滚珠丝杆与电机的选型计算;给出了基于西门子840D的Gantry龙门轴双驱同步控制功能的实现方法,并通过实验数据分析证明其可以较为方便有效地实现横梁移动双驱同步控制,且同步误差值较小,可以满足高档数控机床对横梁进给高精度的要求。在对横梁系统中各关键零部件结构方案优选及其主要结构尺寸优化后,横梁系统整体质量减小了19.3%,对称铣削工况条件下的横梁系统最大变形减小了86.09μm,最大应力减小了9.77MPa,一阶固有频率增加了34.6%,横梁系统的静动态性能得到明显改善;横梁进给同步控制精度高。目前,应用文中优化设计方法的横梁系统结构方案已被企业采用,GMS2516高架桥式龙门铣床正在进行样机试制。