目前，机械制造、模具、航天航空、核能、船舶、汽车、风电、冶金等工业领域对大型数控龙门加工中心的需求日益增长，对其技术性能、功能参数也提出了更高的要求。而主轴箱作为大型数控龙门加工中心最重要的组成部件之一，其综合性能直接影响到加工精度和加工质量。因此，利用有限元设计方法对主轴箱进行静/动/热态性能的分析和优化对设计非常重要。本文所采用的方法在其他部件和整机的设计分析具有借鉴意义,可为改善数控龙门加工中心的整体性能提供技术支持。本文基于有限元设计方法，着重对广东鑫泰科技集团有限公司的GSLM3308型加工中心的主轴箱进行了系统的分析研究，主要包括以下内容：（1）根据广东鑫泰科技集团有限公司提供的CAD图纸，利用Pro/E三维建模软件建立主轴箱的实体模型，利用HyperMesh有限元软件建立有限元计算模型。（2）利用ANSYS有限元分析软件对主轴箱结构进行静态特性分析研究，分析了主轴箱的位移和应力，结果表明主轴箱的静态刚度较好，为拓扑优化提供了理论依据。（3）通过对主轴箱的模态分析，提取了主轴箱前12阶的固有频率和振型。分析结果表明，主轴箱的低阶固有频率可满足低速加工的需求。但低阶相邻固有频率的差值偏大，说明主轴箱动态性能还有待于改善。（4）利用ANSYS有限元分析软件对主轴箱进行了热-结构耦合分析，计算出了热应力和热变形情况，分析了热载荷和静力载荷对主轴箱的影响，为热误差补偿提供了依据。（5）最后利用OptiStruct对主轴箱进行了拓扑优化设计，在满足加工性能的前提下，减轻了主轴箱的重量，实现了轻量化设计目标。