工业的发展对棒线材的质量提出越来越高的要求，而国内相关轧机设备的技术水平却普遍落后，优质棒线材的生产长期受限于国外的技术。因此，有关国际上先进轧机的逆向工程研究成为了一个热点，其中的KOCKS轧机是目前世界上一流棒线材轧机的典型代表之一。本论文以Φ370mm型KOCKS轧机的机芯为研究对象对其进行系统级虚拟样机逆向设计及动力学分析。　　首先，根据大量调研资料、行业标准及厂家提供的部分技术文件对机芯各零部件的结构、尺寸、材料、部分标准件等进行初步逆向设计。依据设计结果，对运动副、摩擦力和轴套力等关键参数进行分析确定，基于S.爱克伦德公式推导本研究的轧制力计算模型，并基于STEP函数编制轧材咬入（抛出）冲击力函数、轧制力函数和驱动函数。考虑到多刚体系统的分析误差，本文利用改进的结构柔性化方法对辊系装配体作柔性化处理。经过反复调试，完成机芯刚柔耦合虚拟样机的构建。　　其次，对轧制过程做合理化假设，并采用控制变量法对虚拟样机进行研究。其中，研究所用的轧制工艺参数尽量接近极限工况，轧制仿真过程依次划分为启动、空转、轧材咬入、稳定轧制、轧材抛出、空转和制动共7个阶段。在此基础上，以6个典型节点的信息为表征量，对不同轧制速度下辊系的弹性变形以及旋转机械三个振动评价指标（即轴承座振动位移、轴承座振动烈度和辊系径向振动位移）的特性及原因进行分析，证明机芯的刚度和振动特性初步满足工作要求，并据此提出进一步优化结构的思路和部分轧制工艺选择的参考方法。　　最后，在理论极限轧制速度下，对辊系的应力应变进行分析，根据第一强度理论证明辊系的结构符合强度要求，并且可得到用于疲劳分析的输入载荷。分析得到轴承载荷和驱动转矩在整个轧制过程的变化曲线，其可用作轴承寿命预测、电机选型和基座设计等的参考数据。此外，按照轴承载荷分布，对轧材咬入瞬间的偏心套结构和外壳进行有限元结构分析，验证其强度的安全性，并且对外壳进行模态分析，以辅助外壳设计。　　本文针对该型号轧机进行一系列逆向工程研究，完成机芯虚拟样机的构建和工作特性分析及初步合理性验证，并提出相应的进一步优化思路，这对于其物理样机的制造以及国内其他相关棒线材轧机的技术升级和自主研发有一定的借鉴意义。