激光切割机已逐渐成为现代机械加工中重要的母机。高速化、高精度发展趋势,对激光切割机本身结构设计提出了更高的要求,以保证激光切割机良好静动态特性。横梁作为激光切割机重要支撑部件,其动态特性决定着激光切割机性能。因此,本文主要针对激光切割机动态性能和横梁轻量化设计进行研究。围绕激光切割机动态性能和横梁结构优化设计主题,本文开展以下几个方面的研究：1.开展了直线滚动导轨静动刚度建模研究。首先,基于Hertz接触理论,考虑垂直载荷、变化接触角等影响因素,建立了直线滚动导轨垂直静刚度理论模型。在此基础上研究了垂直刚度影响因素及其变化规律,并通过有限元模型仿真验证垂直静刚度模型合理性；然后,基于分量分析法,识别了直线滚动导轨模态参数,通过弹簧阻尼单元建立直线滚导轨等效模型；2.开展了ADAMS和Hyperworks刚柔耦合多体动力学联合仿真研究。首先,基于刚柔耦合理论及固定界面点模态综合法,建立了激光切割机刚柔耦合动力学模型：然后,完成激光切割机加速度测试,并通过加速度-频域法分析激光切割机主要频率成分；最后,通过动力学仿真分析了激光切割机运动精度及横梁弹性变形对运动轨迹影响；3.开展了激光切割机动态特性及其影响因素分析。采用模态试验和有限元结合方法,建立了激光切割机精确有限元模型。以模态分析和频率响应分析为依据找到了影响最大几阶模态和振型。研究了动态特性影响因素及其变化规律,找到了激光切割机薄弱环节,为后期结构优化提供依据；4.开展了横梁轻量化设计研究。首先,运用Optistruct优化模块,采用变密度法,建立了以影响最大的几阶固有频率和柔度组合为优化目标拓扑优化模型。然后,基于拓扑优化进行了横梁构型设计和尺寸设计,最终获得横梁结构方案。分析结果表明,新方案与原方案相比,不仅减轻质量,还提高了激光切割机静动态特性,取得良好优化效果。