机床是由许多零部件组装而成的,其接触面的多样性使得机床的动力学性能变得十分复杂。有研究表明,一台机床90%以上的阻尼、60%-80%的总刚度和整机总变形量的80%-90%都来自机床的结合部。因此合理建立结合部的动力学模型及识别结合部的动力学参数是整机动力学分析和优化设计的关键。本文以MV-1690立式加工中心为研究对象,基于分形理论、赫兹接触等理论建立了结合部动力学数学模型。引入虚拟材料对整机主要的固定结合部和滑动结合部进行动力学建模,分析其不同面压下的动力学参数。最后建立考虑结合部影响的整机有限分析模型,并对主要部件立柱和主轴箱进行优化设计。论文的主要研究工作如下:(1)基于W-M分形函数,利用Ansys建立零件三维微观粗糙表面结合部模型,模拟结合部在不同压力载荷作用下的接触行为。运用APDL参数化设计语言提取各载荷步的接触压强和接触率,通过拟合方法建立了它们的数学模型。(2)根据赫兹接触理论、分形理论和接触刚度理论建立结合部等效虚拟材料的弹性模量、泊松比、密度和厚度的数学模型,其中弹性模量和泊松比是分形参数与接触率的函数。(3)将结合部等效虚拟材料模型应用哑铃状结合部中,对其进行有限元模态分析,与现有文献的实验模态结果作对比,结果表明:两者前6阶模态振型一致,固有频率相对误差的绝对值不超过12%。表明本文建立的结合部等效虚拟材料模型及其参数是可行的,能够准确的表征结合部的振型及固有频率等动态性能,对结合部建模及后续动静态分析具有实际意义。(4)将结合部等效虚拟材料模型运用到MV-1690整机的动力学建模中,识别固定和滑动结合部的动力学参数,进行静态、模态和谐响应分析,就立柱和主轴箱进行基于响应面的尺寸优化设计。结果表明:在整机质量几乎不变的前提下,总变形降低了7.83%,优化后前6阶固有频率都有不同程度的提高,其中1阶固有频率提高了7.615%,通过谐响应分析发现,整机Z方向的动态性能变化最大,最大共振振幅减低了28.83%。总之,整机最大静态变形量下降明显,最大共振振幅都有较大幅度减低,低阶共振频率和X、Y、Z方向的比刚度都有不同程度的提高。