随着高档数控机床对于制造业的重要性越来越大,这就要求高速立式加工中心的Z向进给系统能够具有良好的静动态特性。因此建立Z向进给系统静力学与动力学模型,在进给系统设计之初,便能预测其静动态特性并对其薄弱环节进行优化设计显得尤为重要。本文以Z向进给系统作为研究对象,对其静动态特性与薄弱环节优化进行了深入的探讨和研究。针对Z向进给系统的特点,基于赫兹接触理论,建立进给系统静力学数学模型,并提出运用二分法高速高效求解赫兹接触问题的计算方法与计算程序。研究了轴承预紧力与滚珠丝杠副预紧力对进给系统静力学特性的影响关系,并提出在已知进给系统设计精度的前提下,给出滚珠丝杠副与轴承预紧力优化模型并运用罚函数法求解此优化模型。建立了融入结合面特性的Z向进给系统动力学有限元模型,考虑重力的影响并结合Z向进给系统的自身特点,对进给系统的CAD模型进行了一定的简化,分析了其固有频率和振型,并运用模态测试技术对其进行了振动测试,通过分析试验数据得出,模态试验得出的振型与有限元分析得出的振型十分相似,且两者得出的进给系统固有频率也大体一致,误差全部不超过10%。由此,验证了有限元模型的正确性和可靠性,随后对进给系统进行了谐响应分析。根据有限元的分析结果,得出Z向进给系统动态性能的薄弱环节为进给系统的结合面,并运用正交法对结合面特性进行了优化分析,根据优化分析结果,当三个结合面刚度组合为A3B2C3时,进给系统的固有频率得到了较大的提高,最高提高了10.57%,进给系统三个方向上的最大幅值也得到了较大的降低,最大降低幅度达到了13.77%。针对进给系统模态分析结果,对立滑板进行了形状优化设计,在保证质量基本不变的前提下,动应变降低了15.0%,动应力降低了14.8%,从而提高了进给系统整体的动态性能。