对于机床等加工制造装备,良好的刚度和动态性能是实现机床高精度加工的前提。然而,良好的刚度和动态性能会导致机床质量大、成本高等问题。针对上述问题,本文基于卧式加工中心SGM50B,围绕结合面等效建模、机床有限元动静态分析、机床模态测试实验和优化设计展开研究,主要内容如下:首先从微观角度出发,基于接触分形理论和MB模型,完成卧式加工中心固定结合面刚度参数计算。分别采用弹簧单元法以及虚拟材料法,分别对卧式加工中心结合面进行等效建模。以此为基础,建立融入结合面的机床整机有限元分析模型。其次分别对采用虚拟材料法建模的机床模型、弹簧单元法建模的机床模型、刚性连接机床模型进行动静态特性分析,得出立柱是卧式加工中心的薄弱环节,同时也证明结合面等效建模在机床动静态特性分析中的重要性。然后搭建卧式加工中心模态测试平台,对机床进行模态测试试验,获取机床的固有频率和相应的模态振型。通过对比有限元分析结果与模态试验结果,验证了机床有限元分析结果的正确性。最后搭建卧式加工中心关键结构件优化框架,基于试验设计、径向基神经网络拟合、多目标算法寻优,对卧式加工中心立柱和床身进行优化,实现了卧式加工中心的轻量化设计,有助于卧式加工中心的性能提高与成本降低。