随着先进制造技术的发展,在传统条件下对加工影响不大的机床动力学特性已成为阻碍机床性能提升的主要因素。机床加工的空间位置变化后,系统的质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵均会改变,从而导致整机动力学特性变化。然而,目前整机动力学特性的研究存在一定的局限性。首先,针对全空间位置的振动响应集合,通过传统的逐条分析动力学特性的方案效率低下;其次,机床动力学参数未与各部件之间的差异结合,难以直接表征机床整机动力学特性;最后,机床加工过程中的振动特性是整机动力学特性和切削激励力耦合的结果,切削激励力对机床振动特性的影响不可忽略。所以,本文面向机床的加工过程,对整机动力学特性和振动特性展开理论和实验研究。首先,应用聚类方法对全工作空间位置的振动响应数据集进行聚类缩减处理,从而减少分析冗余数据的繁琐。采用多轴联合自激励的方式建立多空间位置的振动响应数据集,提取重心频率振动特征,并通过聚类分析及工作模态分析获得位置标记的动力学参数集。随后,提出一种动刚度敏感性辨识机床敏感部件的算法,应用敏感部件关键模态表征空间位置相关的整机动力学特性,从而弥补动力学参数难以直接表征整机动力学特性的不足,并进行仿真验证和机床实验验证。最后,根据工作变形分析方法识别机床加工状态下各阶模态对结构振动的贡献度,在整机动力学特性下分析切削激励力对敏感部件关键模态及振动特性的影响,从而预测机床加工的振动响应。综上所述,本文主要通过振动响应数据集聚类缩减,动刚度敏感性算法,基于工作变形分析的模态贡献度辨识等方法,实现空间位置相关和部件相关的整机动力学特性表征,以及在整机动力学特性不变时切削参数的优化和加工振动响应的预测,对提高加工质量和加工效率具有重要意义。