随着市场竞争加剧和科技的快速发展，结合国家提出的“中国智造2025”计划，一批新技术新工艺应运而生，这也对机床切削加工性能提出了新的要求，提升机床机械加工效率的同时把切削加工过程控制在一个高效、稳定、持续的状态成为机床行业及制造业面临的一个新课题。而加工性能与主轴动态性能密切相关，本课题从两个方面对切削加工进行了研究，一是通过基于工作状态的模态分析技术及试验模态分析，通过对机床切削过程中的振动进行分析，进而得到机床的模态参数，保证机床平稳运行。二是通过状态监测技术对机床主轴运行状态进行监测分析，对机床主轴的精度保持性等加工进行实时监测。本文将模态分析与状态监测技术相结合，二者优势互补，对于提升主轴加工质量，对机床的精度保持性和可靠性研究有着非常重要的意义。具体来说本文主要做了以下工作:　　(1)介绍了模态分析(Modal Analysis)的理论基础和在结构动态参数识别中的应用，分别详细介绍了试验模态分析(Experimental Modal Analysis，EMA)和运行模态分析(Operational Modal Analysis，OMA)，介绍了几种典型的基于运行状态下的模态参数识别方法，并以运行模态分析为重点，从频域和时域的角度详细介绍了几种目前广泛使用的方法，包括峰值提取法（P-P法）、频域分解法、最小二乘复指数法、时间序列法、随机子空间法等，从理论基础上上阐述了各种方法的优缺点，并以悬臂梁作为试验对象，采用基于FRF的频响函数和基于P-P法的运行模态分析方法进行对比，结果显示OMA方法效果良好。　　(2)采用基于运行状态模态分析方法，以机床主轴为研究对象对其进行分析研究。首先基于LabVIEW开发了一套采集主轴振动参数和模态分析的测试软件，以切削过程作为激励，采集不同转速、不同切深、不同进给量下的主轴振动数据，针对采集的信号信噪比比较低，采用EMD数据处理方法对原始信号进行降噪和滤波，结合开发的运行状态模态分析的测试软件，选取能够激发出主轴模态的数据来进行OMA下的主轴模态分析，针对模态参数中的虚假模态问题，采用选取合适容错区间的稳定图法剔除虚假模态，为获取更为精确地模态参数数据，将得到的模态参数与锤击法得到的参数进行对比，结果表明，OMA测得的模态频率真实可信，可以将其应用于主轴的结构设计、加工优化，还能够避免切削颤振，提高主轴加工效率，改进切削性能。　　(3)针对于精度保持性和可靠性，本文首先从精度保持性和可靠性原理上分析了不同参数对主轴精度保持性和可靠性的影响;其次为了得到准确地测试结果，分别从空运转、加载力等多维度条件下对主轴的性能进行检测，着重从温升、轴向跳动、端面窜动、主轴振动、转速等多个参数与去实现对主轴的精度保持性和可靠性的测试，最后基于LabVIEW开发了两套对主轴性能进行检测的程序，获得了良好的效果。结果表明:开发的两套系统能够完全满足设计要求，相关性能指标达到要求，并在国家机床质量监督检验中心得到了应用。