切削加工时的机床振动是影响加工精度和妨碍提高生产效率的重要因素之一,如何根据机床振动特性来合理选择工艺参数,避开机床结构的共振点和加工中的颤振区,减小和抑制切削加工中的机床振动,是一个重要的研究课题。本文从系统分析的角度出发,将与数控机床加工工艺参数相关联的G指令作为输入,机床振动作为响应,通过典型G指令实验下的振动响应分析得到机床振动特性,为数控机床主动避振、颤振消除等加工过程优化提供依据。本文的主要工作如下:（1）利用数控机床G指令与切削加工工艺参数相关联的特点,提出了数控机床指令域信号分析/表达方法。传统的时域、频域,以及时-频域联合等信号分析方法,由于缺乏反映数控机床转速、切削深度和工作台位置等工艺参数信息,给后续的振动数据分析和机床振动特性识别带来困难。为获得振动信号分析时的工艺参数信息,本文同步采集数控机床加工时的振动信号和G指令流,并通过时域和指令域的坐标转换,实现以G指令（工艺参数）为横坐标（域）,特征量为纵坐标的数控机床振动信号分析方法;包括在二维波形和频谱图基础上叠加指令轴的三维瀑布图和以指令轴为横坐标,振动信号短时能量、中心频率等参数为纵坐标的二维指令谱、联合指令谱,从而实现与工艺参数相关联的振动信号分析。（2）将G指令作为一种特殊的控制信号和手段,提出数控机床振动特性指令域试验分析方法。把指令域分析方法与数控机床加工参数可读、可控的特点相结合,用一组特殊的G指令来操控数控机床,通过振动响应数据的指令域分析求取机床振动特性。其情形就像系统辨识中输入脉冲信号、阶跃信号等典型试验信号来分析系统特性。设计变速度G指令实现与速度关联的机床振动特性分析;设计变X、Y、Z位置G指令实现与位置关联的机床振动特性分析;设计变切削参数G指令实现机床颤振分析。（3）针对数控机床主动避振等智能模块所需的机床共振频率测量问题,设计实现了一种机床高速主轴共振转速指令域快速测量和分析方法。设计变主轴转速G指令,控制主轴进行梯度升/降速试验,绘制二维指令速度谱和指令瀑布图,得到机床主轴共振转速点。为通过振动加速度传感器实现机床主轴长时振动位移信号的测量,对现有加速度积分方法进行了改进,提出了一种短时频域积分振动位移测量方法。（4）针对切削颤振规避问题,研究实现了一种数控机床颤振叶瓣图指令域快速检测方法。使用切削振动分析G指令进行变主轴转速铣削扫查,通过切削稳定性状态标记和曲线拟合,快速实现颤振叶瓣图的检测。为准确识别振动信号频率,本文提出了一种微频移频谱细化方法。（5）开发了数控机床振动特性指令域分析系统。主要功能包括,G指令和振动信号同步采集,G指令-时域联合分析,G指令-频域联合分析,指令域主轴共振转速分析,指令域颤振叶瓣图分析,指令域进给轴振动分析,检测指令集等功能。为检验本文工作的实际应用效果,对某型号数控铣床进行了主轴共振转速分析、颤振叶瓣图分析和进给轴振动分析等试验,其振动特性识别结果与模态分析等传统方法一致,表明了本文方法的有效性。而从便于现场加工应用的角度看,本文方法有许多优势。