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随着科技发展和市场竞争加剧，对机床切削加工性能的要求愈来愈高，提高机械加工效率、把切削加工过程控制在一个高效、稳定的状态，是目前制造业面临的一个重大课题。机床加工性能与动态性能密切相关，本课题从两个方面对切削加工优化进行了研究，一是通过模态分析技术及稳定性图理论对切削参数进行优化，保证机床平稳运行。二是通过状态监测技术对机床运行状态特别是切削加工过程进行监测分析，对机床的切削加工进行实时优化。本文将模态分析与状态监测技术相结合，二者优势互补，再加上回转精度测试，对于抑制颤振、提高产品质量和加工效率有着非常重要的意义。 首先介绍了试验模态分析在结构特性参数识别方面的优势，结合稳定性图可以快速对切削参数进行优化，避开颤振、共振频率;然后鉴于MetalMAX等商业软件的局限性，开发了基于LabVIEW的机床模态分析测试软件ezModal，该软件功能强大，实现了多种模态参数辨识方法。应用该系统对数控铣削加工中心进行EMA测试，将得到的结构模态参数应用于机床切削稳定性预测，优化了切削加工参数，在避免了切削颤振的同时，显著提高机床切削效率，充分发挥机床和刀具的切削能力。 机床加工过程进行状态监测的主要目的就是保证加工系统的安全运行和加工工件的质量。本文通过振动分析和刀具状态监测两个方面的研究对切削加工过程进行监测分析，根据刀具状态实时调整切削参数。针对EMA有时难以准确反映运行状态下结构特性的问题，探讨了基于环境激励的运行模态分析(OMA)技术，开发了基于随机子空间方法(SSI)的运行模态参数辨识软件。通过EMA和切削稳定性选择合理的切削参数，然后辅之以OMA，以切削过程作为激励，对响应数据进行模态参数辨识，对机床动态下的切削加工参数进行了优化。 此外，主轴回转误差是反映机床切削性能好坏的关键性指标之一，也是影响机床加工精度的重要因素。通过主轴回转精度测试分析，一方面评估了机床的加工性能，另一方面监测了主轴精度的衰退，判断产生加工误差的原因，从精度层面对切削加工进行优化。本文介绍了一种基于数理统计的误差分离技术，开发了基于LabVIEW的主轴回转精度测试系统SPrecision，对铣床主轴回转误差进行测试与分析，通过与美国API公司的高精度主轴动态分析系统SPN-300测试结果作对比，回转误差数据指标基本吻合，验证了自主开发系统的准确性和可靠性。