作为机械产品的制造机器,机床的加工质量和加工效率直接影响其他机械产品的生产技术水平。数控机床是制造业中最基本的设备。机床水平已成为一个国家综合国力和工业现代化的重要指标。同时,随着新合金材料在航空航天,能源等领域的广泛应用以及制造业对加工效率的日益增长的需求,高速高精度加工正在成为机床的重要发展趋势。高速加工方法可以提高加工精度,降低加工成本,提高生产效率,降低加工难度。为了实现高速加工,主轴需要达到更高的转速,主轴部件作为机床核心部件,在高转速下会产生显著的温升与热变形,是导致机床热误差的关键因素之一,严重时还会造成机床的损坏。根据数据研究,机床的热误差是机床最大的误差源之一,其中主轴的热变形甚至更大,可以达到零件总加工误差的60%～70%。因此,主轴作为机床的核心部件,其在高转速工况下的工作性能将直接决定整个机床的工作性能。因此,降低主轴系统的热误差对于提高数控机床的加工精度至关重要。本文分析了精密卧式加工中心THM6350的热态特性,建立了主轴的热误差模型。首先基于传热学与热弹性力学的相关理论,建立了机床主轴温度场的数学模型,对主轴部件中轴承生热量和主轴热边界条件的计算方法进行了理论研究。并根据实际工况,建立了精密卧式加工中心TMH6350主轴系统温度场的有限元模型。分析主轴组件的十二种工况下的热态特性,其中转速为500 r/min至6000 r/min。获得主轴组件的温度场和热变形场分布。在实际工况为环境温度20℃,主轴的转速为2000r/min、4000r/min、6000r/min的条件下,开展温度关键点和热变形实验测量和分析于精密卧式加工中心主轴系统。并进行不同的工况下主轴组件关键点的温度与热变形实验测量结果与有限元建模所得计算结果比对。最终测实验证了该课题建立的有限元模型的准确性及其对各种工作条件的适用性。根据已有主轴系统热态特性模型,结合热刚度理论,取4000r/min机床达到热平衡时候即第180min的温度场数据作为初始样本,辨识出主轴关键热刚度,为下一步热误差数字化建模提供理论依据。最后根据神经网络BP建模的原理,在已建立并验证准确的精密卧式加工中心主轴500r/min-6000r/min十二种转速工况下,对6个热关键点进行了数据采集并进行了 BP神经网络模型训练。最终预测结果检验出最大误差百分比为-0.2006%,证明BP神经网络模型对主轴热误差建模数据的良好的拟合性。主轴系统热误差模型的高精度和好鲁棒性是实现数控机床热误差软件补偿的关键,本课题的计算和分析过程为机床的主轴组件的热误差建模提供了一种数字化理论分析和建模的方法,虽然是精密卧式加工中心THM6350的主轴系统的数字化热误差建模和分析,但其结果和改进方法为以后此类机床主轴组件热态特性与性能、热误差数字化建模提供了参考,具有较大的工程泛化意义。