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磨床的头架是磨床的关键部件，其动态特性对磨床的性能有着重要的影响。对磨床的关键部件进行动态分析及结构优化设计对提高的磨床性能是非常重要的。本文首先根据文献资料以及与设计工程师探讨，分析总结了磨床头架的设计准则，并针对CNC8312全数控凸轮轴磨床的头架建立动力学模型；然后利用有限元仿真软件ANSYS对头架进行模态分析及谐响应分析，在此基础上结合设计准则对其进行结构优化设计，利用ANSYS的优化模块对CNC8312全数控凸轮轴磨床的头架进行优化设计，先采用单步法(Single Run)法对磨床头架的初始设计进行求解，获得初始设计值；然后采用子问题法(Sub-Problem)法进行优化，求出一个最优解；再以最优解为基础，用一阶法(First-Order)法进一步优化。在对CNC8312全数控凸轮轴磨床头架进行动态分析及优化设计的基础上，提出了一种磨床头架的改进结构，再对新结构进行仿真分析。仿真结果表明，在结构的几何尺度、约束和载荷条件相同的情况下、改进结构的顶尖中心振动位移仅为传统设计的1／4，结构的动态性能有明显改进。