深孔加工在机械加工领域中扮演着重要的角色,与其它加工方法相比,具有加工难度大、成本高的特点,特别是非回转类零件的深孔加工,加工孔偏斜问题尤为突出,因此研究先进的深孔加工工艺,开发新型深孔加工装备显得尤为重要。本文针对非回转类零件的深孔加工需要,采用振动切削与BTA深孔加工技术相结合,开发了一种新型三坐标振动深孔钻床,分析了机床静动态特性,对其关键零部件进行了拓扑优化设计。论文分析总结了BTA深孔加工技术的原理、特点及存在问题,将振动钻削技术应用于BTA深孔加工系统,确定了机床主要技术参数与整体结构方案,给出了关键零部件的设计依据与参数计算方法,开发出了一种非回转零件三坐标振动深孔钻床样机。采用ANSYS Workbench有限元分析软件,建立了样机有限元分析模型,对三坐标振动深孔钻床整机及关键零部件进行了静态特性分析,获得了整机的变形规律和应力应变分布特征,分析了深孔钻床在不同加工位置时进给方向上的静刚度变化趋势,对比分析了三种横梁结构方案下的整机静态特性,获得了较优的横梁设计方案。对振动箱的静力分析,得到了其刚度强度特性,找出了其刚性较差的结构,为整机和部件优化提供了依据。通过整机模态分析得到了深孔钻床的前六阶固有频率以及低阶振型等动力学特征,结果表明样机低阶固有频率远离振动钻削的激振频率,避免了振动钻削引发的共振现象。通过振动箱的模态分析,得到了其动态特性,找出了其薄弱环节以及需要改进的结构。采用结构拓扑优化设计理论和方法,分别对立柱及横梁进行了结构轻量化设计,获得了立柱与横梁的材料最优分布图,并根据其材料最优分布图,对立柱与横梁进行了结构改进。仿真分析结果表明优化前后立柱与横梁静动态特性基本保持不变,而重量大幅度降低,实现了立柱与横梁的轻量化设计。