本文是围绕江苏省科技基础设施建设项目“江苏省数控工程技术研究中心”(项目号：BM2005003)而进行的，对新一代五轴联动数控加工中心主轴系统的结构优化与设计。论文首先建立主轴系统的CAD模型，并通过模态试验测试了对主轴系统影响较大的滑块导轨的结合面参数，利用仿真结果验证并修正CAE模型，在此基础上建立精确的主轴系统有限元模型。其次对主轴系统进行动力学和静力学仿真，得到各零部件和整机的模态参数和动力学特性曲线。最后，在分析的基础上，通过对原主轴系统的薄弱环节进行了结构改善和优化设计，提高了主轴系统的动态性能。本文的创新点有以下几点： 1、通过模态试验测试五轴联动加工中心主轴系统的滑块导轨系统的动态特性，采用分量分析法识别结合面的参数； 2、利用赫兹理论计算轴承的接触刚度，并用弹簧-阻尼单元模拟转子-轴承的建模； 3、通过对主轴系统的动力学和静力学仿真，分析主轴系统各子结构对整个系统的影响，并得到原主轴系统结构的动、静态特性； 4、在原结构仿真分析的基础上，针对主轴系统支承刚度不足的缺点，采用双排轴承结构代替原来的单支承结构，有效的提高了主轴系统的性能； 5、利用ANSYS的优化设计，对心轴进行了结构优化设计，提高主轴系统的动态特性； 6、详细分析箱体的各部分结构对箱体的影响，确定了新箱体的结构，提高主轴系统的性能。