实现机床静、动态精度和切削稳定性的准确预估,是设计高档数控机床的关键。利用有限元平台对机床进行分析与优化已是机床设计过程中必不可少的环节。本文采用有限元法、试验模态法以及切削动力学理论,开展VDF-850型立式加工中心的静动力学机理和铣削稳定性研究。主要内容包括:(1)立式加工中心静动态特性分析。在考虑各结合面动态特性的基础上,采用有限元软件ANSYS Workbench对VDF-850型立式加工中心进行静动力学分析。另外针对主轴固有频率及不同轴承预紧力对主轴动态特性的影响进行分析。结果表明,1)立式加工中心的强度和刚度均满足设计的要求,且在第一阶和第三阶固有频率处易引发振动;2)主轴受到0到500N预紧力时,其固有频率呈上升趋势且和预紧力成正相关;3)主轴在第一阶固有频率处易引发共振。(2)立式加工中心的刀尖点试验研究。首先对模态试验的相关理论、试验器材、试验步骤以及注意事项进行阐述;其次利用锤击法搭建立式加工中心刀尖点模态试验平台,获取刀尖点频响函数;最后提取各阶固有频率与立式加工中心有限元仿真的计算数据相对比。结果显示,刀尖点的试验与仿真结果极为相近,各阶固有频率较为吻合,且最大误差为13.12%,验证了有限元模型的准确性。(3)铣削系统稳定性研究。基于再生型颤振理论,通过MATLAB软件搭建反映刀具-工件交互特性的动态切削力仿真模型,利用频域法解析计算获得稳定性叶瓣图,确定切削深度与转速间的逻辑关系。为精准预估铣削系统的稳定性,采用单因素法分析模态参数对稳定性叶瓣图中稳定域的影响。结果显示,1)切削深度小于1.34mm时,机床处于绝对稳定状态;2)铣削系统稳定性与阻尼比、径向铣削系数以及加工中心系统固有频率成正相关,与铣刀齿数和切向铣削系数成负相关。