机械结构中大量存在的结合面破坏了机械结构的连续性,使系统表现出复杂的力学特性,很大程度地影响着机床整机的静、动态性能。螺栓结合部是机床的结构件之间固定连接的主要形式之一,螺栓连接刚度的准确计算是机床整机刚度分析和预测的基础。螺栓结合部中存在的结合面,给螺栓结合部带来了非线性特性和大量刚度损失。然而现有螺栓连接刚度的计算模型,仅考虑了零件及结构自身的刚度,而往往忽略了螺栓连接中结合面接触刚度的存在,这制约了螺栓连接刚度计算结果的准确性。因此,建立考虑结合面接触刚度影响的螺栓连接刚度模型,并将其应用到工程实际中,无疑具有重大的理论和现实意义。本文做的研究工作如下：(1)提出一种基于有限元分析的结合面法向接触刚度多尺度预估方法。在测量仪器获取实际结合面形貌数据的基础上,应用小波分解和功率谱密度分析技术获取真实形貌特征。用ANSYS的APDL命令流直接建立粗糙表面的有限元接触模型,进行微观和宏观两种尺度的有限元弹塑性接触分析,通过宏、微观结合获取包含实际表面完整形貌信息的结合面法向接触刚度,并分析相关因素对结合面法向接触刚度的影响。(2)设计Q235材料的磨削结合面接触刚度实验并验证提出的接触刚度预估方法的有效性。(3)分别推导螺栓结合部中零件的自身刚度、结合面的接触刚度计算公式,建立单个螺栓连接的刚度模型。研究结果表明：引入结合面接触刚度后,螺栓连接刚度不再是常数,而是随着载荷非线性地变化；在推荐预紧力作用下,考虑结合面的螺栓连接刚度比仅考虑零件自身刚度时减小约8%～25%;预紧力越大则螺栓连接在结合面处的刚度损失越小。(4)建立某卧式加工中心床身-立柱结合部的螺栓组刚度解析模型,分析加工中心Z向刚度性能,根据结合部实际情况分别对螺栓连接的结构参数、螺栓分布位置进行优化,取得了较好的刚度优化效果。