在社会快速发展的今天，机械制造业已成为国家工业化的重要基础，为国防安全提供保障和有力支撑。机床工业作为机械制造业的根本，其先进程度直接决定着机械制造业的先进程度，机械系统工作性能及产品质量的提升关键就在于提高机床的综合性能。本论文以合肥工业大学CIMS研究所与安徽鸿庆精机有限公司研发生产的三主轴立式加工中心为研究对象，研究分析如何通过优化机床机械结构来改善其整机动态性能，从而提高产品精度。使用有限元理论和ANSYS软件，并结合三主轴立式加工中心自身结构的特点，研究了其有限元建模与分析方法，并结合试验数据，对三主轴立式加工中心的结构进行优化设计。论文首先基于Solidworks平台建立整机的三维实体模型，然后将模型导入ANSYS软件，建立了机床整机有限元模型，并利用弹簧阻尼单元模拟了结合面的特性，运用模态分析理论和ANSYS模态分析软件，对加工中心整机动态特性进行了仿真。其次，对三主轴立式加工中心整机模态试验和振动试验，取得三主轴立式加工中心动态特性的试验数据，结合试验数据与仿真数据，判断整机的薄弱环节，同时对仿真结果进行验证。最后，论文基于有限元模型，针对三主轴立式加工中心的薄弱环节，主要对主轴箱部分进行结构优化设计，并通过谐响应仿真对优化前后整机的动态性能做出比较，验证结构优化结果的正确性。