实验模态分析方法是研究数控机床动态特性的有效方法，它对高端数控机床的设计和分析的重要性越来越凸显。然而，一些大型结构模态实验的响应测点布置不仅依赖于经验，而且规模往往较大，导致实验效率低、成本高；另一方面，激励点的选择也是实验模态分析的关键环节之一，它直接关系到模态实验激励的有效性和响应数据的质量，现在往往是结合经验和反复预实验来确定，效率低且实验效果还依赖于人的经验。因此，研究响应测点布置和激励点选择的优化方法，对提高实验模态分析的效率、降低实验成本具有重要的工程意义。本文主要研究工作如下：首先，研究了模态实验的激励点选择方法，并给出了激励点选择原则。采用有限元仿真预选备选激励点，再应用有效独立法或有效独立-驱动点留数法对激励点进行优化筛选，结合工程实际总结的激励点选择原则，确定最终激励点。其次，研究了最小测点数和保证结构振型准确识别约束下响应测点布置优化问题。采用有限元仿真预选所有表面可测点，再应用有效独立法根据各测点数据对模态响应的贡献度进行迭代筛选，同时计算模态置信度（MAC）进行优化效果评价，并兼顾测试的经济性，确定响应测点个数；再使用香农定理对不同结构（如立柱、主轴和工作台）进行线性化增补测点，以满足结构振型准确识别的要求。基于上述研究结果，在XHK5140数控机床上进行了激励点选择和响应测点布置优化的综合实验验证，并与传统方法进行了对比。结果表明：本文选择激励点与传统方法（依赖经验和反复预实验）确定的激励点基本一致，但效率得到了提高且不依赖与人的经验；在模态分析效果相同情况下，采取本文方法选择的响应测点数由传统方法的220点减少为26点，有效地提高模态实验的效率。最后，还应用该方法对数控机床各运动部件在不同空间位置时，进行了结构模态分析，初步研究显示，各运动部件位置的变化引起了机床固有频率的变化，可以认为数控机床的结构模态将随各运动部件位置的不同而变化，进一步结论有待更深入的研究。