机床结构的动力学特性会直接影响零件的加工质量，研究机床结构动力学特性具有重要意义。目前研究工作状态下被测结构动力学特性的主要手段是工作模态分析方法。然而，在机床结构动力学分析方面该方法仍然存在一定的局限：首先，工作模态分析方法要求激励力具有白噪声特征，而机床结构正常工作状态下的激励力不满足该特征；其次，由于输入力未知，工作模态分析方法无法获得机床结构的频响函数；最后，工作模态分析方法只能研究工作状态下固定结构的动力学特性，而实际工作过程中机床结构会随加工位置的变化而改变，机床结构的变化会进一步导致其动力学特性发生变化。　　本文完善了数控机床空运行自激励模态分析方法：对运动规律进行优化设计，使运动部件加减速过程中的惯性激励力在一定的带宽内满足白噪声特征，从而能够对机床结构进行工作模态分析；为获得机床结构工作状态下的频响函数，该方法进一步利用不同位置状态下机床结构的模态参数对振型进行质量归一化，然后在激励力未知的条件下利用归一化的模态振型合成机床结构的频响函数；为研究机床变结构的动力学特性，该方法建立了固有频率预测数学模型，并利用机床结构初始位置状态下的模态振型及固有频率有效预测出机床结构在不同位置状态下的固有频率。　　本文研究结果表明，机床结构的动力学特性会随工作状态的变化而改变：首先，机床结构的固有频率会随位置状态的变化而改变，同时固有频率的变化率与运动部件所在位置的振型幅值有关，而与运动部件的行程无关：机床结构变化前后运动部件所在位置的振型幅值相差越大，其固有频率的变化率也越大；其次，工作状态下的频响函数与静止状态下的频响函数虽然具有相同的幅值，但是频响函数峰值对应的固有频率会发生漂移；最后，对于工作台的局部模态，静止状态下的固有频率及阻尼比要大于运动状态下的固有频率与阻尼比，当速度增大时，固有频率以及阻尼比会明显减小。