半球谐振陀螺仪是21世纪广泛应用于各类先进捷联惯导系统中的最理想导航仪，而半球谐振子是半球谐振陀螺仪中的核心敏感元件，其加工精度的高低直接影响着陀螺仪性能的优劣。目前，由于国外对我国高精端技术的封锁，国内还没有专门用于半球谐振子抛光的超精密机床。本文以自行研制的半球谐振子超精密抛光数控机床为研究对象，对直接影响其加工性能的静、动态特性进行了深入地研究，研究结果对提高机床加工精度的保持性和可靠性有重要的意义。本课题利用有限元分析软件，建立了机床整机的有限元模型，对其分别进行了静力分析和动态特性分析。在整机静力分析中，研究了机床各部分结构的受力变形情况，分析发现床身龙门、三角支架连接件、刀具主轴夹持件、工件主轴夹持件等结构部件的静力变形较大，对机床的加工性能有一定的影响。在动态特性分析中，以固有频率作为衡量机床动态性能优劣的指标，通过对机床的固有频率及振型的对比分析，发现床身龙门、三角支架连接件、刀具主轴夹持件、工件主轴夹持件等结构部件的振动变形对最终机床加工精度影响很大。同时，在机床动态测试试验中，对机床的各部分结构进行了试验模态分析，试验结果验证了有限元动力学仿真结果的准确性，并结合机床静、动态特性仿真分析结果确定了床身龙门和三角支架连接件为机床结构的主要薄弱环节，刀具主轴夹持件和工件主轴夹持件为次要薄弱环节。另外，在机床动态特性对加工性能影响的试验中，证明了机床的动态特性能够保证现阶段的加工精度要求，且机床较好的动态性能也进一步促进了机床最终加工性能的稳定。基于以上研究，为了更好地控制机床动态特性的稳定性，本文采用基于APDL参数化设计语言的ANSYS软件中的OPT优化模块对机床的薄弱环节进行了结构优化。优化后的床身龙门、三角支架连接件、刀具主轴夹持件和工件主轴夹持件的一阶固有频率比优化前分别提高了88.3%、78.2%、25.2%和79.8%，其刚度和动态特性明显得到了有效地改善。同时，考虑机床的加工工艺要求，在机床原总体布局方案的基础上，提出了与之不同的两种总体布局方案，并与原方案进行静、动态特性对比分析，进而确定了最优的机床总体布局方案，为再次搭建同种类机床提供了有力的理论基础和指导方向。