现代数控机床的发展,对机床的加工性能提出了越来越高的要求。而数控机床的加工精度和加工稳定性又直接受到关键零部件的结构特性的影响,因此数控机床制造领域的研究重点之一就是机床零部件的优化设计。本文围绕山东省科技重大专项“模块化数控立车智能化制造单元开发及应用示范”,以提高机床的加工性能为目标,对机床关键零部件的动静态特性展开研究,为机床的结构优化设计提供理论依据。本文主要的研究对象是J1VL-600数控立式车床,运用有限元分析法对机床的整机及立柱、底座、主轴系统等关键零部件进行静动力学分析,通过对结果的分析完成对机床薄弱环节的辨识,并对整机及关键零部件提出相应的结构优化改进方案,在此基础上探究机床结构的轻量化设计技术。首先,分析该机床的结构特征,提出适用于数控机床的有限元分析的前处理,包括网格的划分、约束、载荷等边界条件的施加及接触面的设置等。建立了底座、主轴、立柱等关键零部件及整机的有限元分析模型。其次,用有限元分析法对数控立式车床进行静动态特性分析:结合静力学分析理论,完成了对机床整机及关键零部件的静力学仿真分析,研究各零部件的变形及应力情况;并完成了整机及关键零部件的模态仿真分析,研究机床零部件及整机的低阶固有频率、振型等振动特性,在此基础上针对机床内部大量存在的筋板结构,探究了单位体积下不同筋板结构布局对零部件动静态特性的影响,实现了机床关键零部件的结构优化设计。最后,在对机床主轴系统内部发热规律研究的基础上进行主轴系统的稳态热分析,并进一步探究其在热-力耦合作用下的应力应变情况。针对该机床主轴系统结构布局,提出了主轴套筒螺旋槽散热方式的结构改进,减小了主轴系统的热变形,提升机床的加工性能。