以某型号五轴龙门加工中心为研究对象,对该加工中心进行有限元静力学分析和模态分析,研究其主要部件的刚度匹配性,并以某废旧机床的横梁为例设计了一台新机床,基于机床刚度匹配性理论对新机床进行了再设计,本课题的主要内容如下:(1)建立了五轴龙门加工中心溜板的CAD/CAE模型,通过模态试验和有限元分析,对比试验结果和有限元计算结果来验证模型的准确性,并建立了加工中心整机的CAD/CAE模型;(2)提出了静刚度匹配性的定义,即在某一方向上,分别提高或降低某一部件静刚度,修改后的整机静刚度相对原始整机静刚度的变化值大于50%,即认为整机中该部件在此方向上与其他部件刚度不匹配。对分别提高和降低立柱、溜板、横梁、滑鞍和滑枕静刚度的加工中心整机进行静力分析,与原始整机的静力分析结果进行对比,总结出各部件的静刚度匹配性,提出了基于静刚度匹配性的加工中心优化设计方法;(3)提出了动刚度匹配性的定义,即分别提高或降低某一部件动刚度,修改后的整机某阶固有频率相对原始整机同种振型阶次固有频率的变化值大于50%,即认为整机中该部件在此阶上与其他部件动刚度不匹配。对分别提高和降低立柱、溜板、横梁、滑鞍和滑枕动刚度的加工中心整机进行模态分析,与原始整机的模态分析结果进行对比,总结出各部件的动刚度匹配性,提出了基于动刚度匹配性的加工中心优化设计方法;(4)以横梁的结构优化设计为例,通过灵敏度分析的方法,优化了横梁结构,使其静刚度和动刚度均有所提高,优化后的整机在X、Y、Z三个方向上的静刚度分别提高了 3.3%、0.46%、4.33%,对整机动态性能影响较大的几阶固有频率分别提高了 1.44%、0.43%、0.065%,静、动态性能均有所提高,从而验证了本文提出的基于刚度匹配性的加工中心优化方法是有效可靠的;(5)应用基于刚度匹配性的优化设计方法,以某型号废旧机床的横梁为设计基础,分别对滑枕、溜板和立柱进行了结构设计,实现了以废旧机床部件设计新机床的再设计。再设计之后的新整机在X、Y、Z三个方向上的静刚度分别提高了 4.76%、10.07%、l8.28%,对整机动态性能影响较大的几阶固有频率分别提高了 4.51%、l7.33%、5.10%、5.97%,静、动态性能均有较大提升。人造花岗岩材料的引入,节约了制造成本,降低了污染的排放,同时实现了绿色设计的设计理念。本文提出的刚度匹配性理论,对于此类型的龙门加工中心的结构优化设计具有十分重要的指导意义,并为未后续的此类以及其他类型机床的进一步研究奠定了基础。