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机床工业作为机械制造业的基础,其先进程度直接决定着整个制造行业的先进程度。随着机床向着高速度、高精度和高效率的方向发展,不仅要求其拥有好的静态特性,更要求有良好的动态性能。传统的机床静、动态特性分析往往忽视了机床结合面特性的影响,使得分析出的结果失去参考价值。国内外研究表明,机床的静刚度30%~50%取决于结合面的刚度特性,60%以上的振动问题源于结合面。因此,在研究机床整机动态性能以及建立机床动力学模型时,必须充分考虑零部件间结合面特性的影响。本文以某机床厂BB5050专用插床为研究对象,运用理论研究、有限元分析与试验验证相结合的方法,研究了机床固定结合面和滑动结合面对插床整机动态特性的影响,然后根据分析结果识别出机床薄弱环节,对机床关键部件进行了结构改进和优化。本文主要研究内容如下:(1)采用虚拟介质层方法建立了螺栓固定结合面的动力学模型,利用理论公式推导得出虚拟介质层的材料参数和厚度。以一个含螺栓固定结合面的连接板结构为对象,利用有限元分析技术研究螺栓预紧力、螺栓数量以及螺栓布局方式对螺栓固定结合面动态特性的影响。(2)利用UG软件建立机床整机三维模型,然后基于模态分析理论和ANSYS Workbench分析软件,分别对考虑和不考虑结合面的机床整机进行了有限元模态分析,得到了机床整机前10阶固有频率以及相应的振型,初步判定了机床的薄弱环节。(3)根据试验模态分析理论,利用专业的实验设备对专用插床样机进行了试验模态分析,得到插床整机前10阶模态频率。通过对比插床整机模态试验结果和第三章中的有限元模态分析结果,证明了结合面特性对机床整机动态性能的影响,同时也验证了本文对机床整机建模方法的正确性。(4)针对仿真分析所识别出的机床薄弱环节,使用ANSYS Workbench软件中Design Exploration优化模块对专用插床的立柱-底座部分进行了结构改进和尺寸优化,并通过对比优化前后整机的谐响应分析结果,验证了本次结构优化的有效性。