机床的性能与机床动力学特性密切相关,而机床的动力学特性受机床部件位置状态的影响较大。在加工过程中,机床无法避免机床位姿状态的改变,故针对机床变位置状态下的机床模态参数的研究十分重要。传统机床位置变化下的机床动力学研究是通过人工对机床不同位置的响应数据逐一分析,识别每一个位置下的模态参数,对比分析获得的模态参数,才能发现模态参数变化。从机床响应信号中识别机床的模态参数是极为复杂的,识别过程受到信号谐频等信息的极大干扰;排除干扰,确定模态参数的过程比较主观,不同人员的分析结果可能存在人为误差,人工分析结果难以成为机床参数变化的统一标准;分析的过程往往是重复的,在对变位置下的机床模态参数变化的研究中需要大量重复的分析,人工分析效率低下。本文提出了一种基于聚类方法的机床变位置模态分析方法,从机床响应信号提取模态参数相关的特征,用聚类的结果反应机床模态参数的变化。主要工作包括:(1)结合模态研究理论,提出用频响函数作为机床的模态特征,用仿真方法验证了频响函数的聚类结果能够体现模态参数变化;(2)在实测数据的分析中,提出用实测信号的功率谱代替频响函数分析的实验方案和数据处理方法,取得较好的聚类结果。(3)针对仅用功率谱进行聚类分析无法具体分析出哪一个模态参数变化的难点,提出一种对频响函数幅值归一化的预处理方法,提取原响应信号的固有频率信息而屏蔽信号的幅值信息,使得聚类的结果只与机床的固有频率参数变化相关。根据机床整机动力学特性开展了多部件多点响应数据聚类实验验证了归一化方法的有效性;(4)运用聚类方法分析了机床不同位置状态下的模态参数变化,聚类分析与人工分析对比结果表明基于聚类方法的模态分析方法能够准确表征机床状态引起的机床模态参数变化。相比传统人工分析方法,基于聚类方法的机床变位置的模态分析方法,具有预处理过程不受谐频影响,无需人工参与,没有人为误差,分析过程高效的优点,能够从聚类结果直接分析出不同状态下的模态参数变化,可以作为一种标准表征机床位置状态变化下模态参数变化。