高速、高精、高效是现代机械加工工业的主要发展方向。各行各业对机械产品的性能提出了更高的要求，特别是机械结构的动态特性。随着数控技术的发展，传统加工条件下对机床动态性能影响不大的因素在现代加工中可能引起机床振动和精度弱化。机床结构的时变特性就是其中一个重要因素。当加工工序确定之后，机床的工作位置的变化就成了时间的函数，这种工作空间的时变特性将引起机床整机的刚度以及质量分布的时变，从而导致机床动态特性的时变。本文主要研究内容和相关结论如下：本文基于数控机床时变结构的位置相关性，采用位置离散方法进行机床工作空间划分，划分得到的机床工作子空间近似按时不变结构进行分析，进而构建数控机床工作空间结构模态谱，揭示数控机床工作空间时变结构的动力学特性分布规律，为提高加工稳定性做铺垫。为了使用有限元法构建数控机床工作空间的动态特性谱，本文以各进给轴的进给量为变量参数，建立了参数化仿真分析模型；由于数控机床的可动结合部的特征参数对整机的动态特性影响很大，因此本文还建立直线滚珠导轨副以及滚珠丝杠副的力学模型，并结合赫兹接触理论，推导了直线导轨副以及滚珠丝杠副的接触刚度计算公式。对数控机床的工作空间进行了模态谱分析和实验验证。以XHK5140立式加工中心为对象，通过数控机床的典型工作位置以及以各个进给轴工作位置为变量进行模态敲击实验，提取模态参数，对比仿真分析结果，验证了仿真分析模型的有效性，同时构建了加工中心的模态谱。通过分析各阶模态频率谱的谱规律，可以看出各阶模态频率谱的谱规律具有振型相关性，同时通过谱规律对机床的加工稳定性进行了分析。