1.课题来源：2016年广东省省级科技计划项目技术交易体系与科技服务网络建设领域计划，项目编号2016A040403090。课题背景：大型机床是装备制造业中的关键设备，被广泛用于各种大、中型零件的切削加工。我国自主开发研制的产品基本满足了一些国家重点工程的需要，但绝大部分的高档机床还要依靠进口，在先进技术应用和制造工艺水平上，我国与世界先进国家还有一定的差距，这深深地困扰着我国制造业的发展。因此，加强优化设计技术在机床零部件设计中的应用，对我国机床行业的发展有着重要意义。
2.技术原理及性能指标：本项目以大型精密龙门加工中心为研究对象，综合应用工业设计、结构仿生、数值模拟等多种优化设计方法和先进测试、验证手段，开展机床结构的优化设计技术研究。通过结构仿生、拓扑优化和尺寸优化相结合的方式，优化龙门加工中心主要结构，降低运动部件的质量，提高性能降低能耗。最终实现提高龙门加工中心结构动静刚度、加工精度、减轻其质量为研究目标。（1）机床大件结构仿生设计方法与优化技术技术路线：采用结构仿生设计方法结合拓扑优化技术设计优化机床大件结构筋板布局，使机床大件质量轻、结构强度高、抗弯能力强、动静特性稳定，通过数值分析，采用静动态综合性能优选方法筛选得到最优设计方案。（2）机床大件结构的动静态特性和灵敏度分析技术路线：建立机床大件仿真模型，采用数值仿真方法对其进行动静态特性与设计参数之间关系分析，对机床大件动静特性影响显著的参数形象化，使参数优化更加明确。
（3）主轴系统热结构耦合分析技术路线：利用有限元分析软件对主轴系统进行热结构耦合分析，得到主轴系统的温度场分布和热变形，同时对其进行热特性分析及结构优化，最终达到减小主轴系统热变形，提高机床加工精度的目的。（4）主轴动平衡特性的技术路线：分析研究主轴轴承内部动力学状态和动刚度的分析计算，利用有限元法，建立包括主轴轴承支承性能在内的高速主轴轴承—转子系统动力学性能分析的数学模型，并进行相应数值分析，使主轴更加平稳抗扰。
3.技术的创造性及先进性：（1）采用结构仿生设计方法结合拓扑优化技术设计不同筋板布局的机床大件的结构，通过有限元分析，采用静动态综合性能优选方法得到最优设计方案，对机床大件最优方案的主要尺寸进行灵敏度分析，确定重点优化的设计变量。通过仿真与优化分析，得到最优结构的筋板尺寸，从而使机床大件的重量减轻，动静刚度提高。（2）主轴系统是龙门加工中心的重要部件之一，利用有限元分析软件对主轴系统进行热结构耦合分析，得到主轴系统的温度场分布和热变形，同时对其进行热特性分析及结构优化，最终达到减小主轴系统热变形，提高机床加工精度的目的。（3）对主轴动平衡特性的研究，结合有限元仿真，充分考虑造成主轴动平衡问题的受迫力等因素，优化主轴结构，提高主轴动态特性，确保主轴具有良好的抗弯能力，从而使其具有较高的运转精度。
4.技术的成熟度，适用范围和安全性：研发技术成熟，适用范围高，安全可靠性高。
5.应用情况及存在的问题：项目期间，分别为4家相关企业提供电主轴、流延薄膜设备、激光切割机设备和自动化控制设备等领域的4种典型的机械产品开展结构优化设计示范应用术服务，通过为相关企业提供典型的机械产品开展结构优化设计示范应用技术服务，累计新增技术服务收入248万元，构建了“整机建模-计算分析-薄弱环节识别-结构优化-结果验证”机械装备结构优化一体化设计服务流程，在完成服务的同时，积累了机械装备结构优化设计数据及经验，为其他机械装备优化打下了坚实的基础，并可作为共性技术在其他产业领域加以推广。
6.历年获奖情况：无。