随着现代机械制造技术的不断发展,高速精密数控机床在装备制造业中已逐渐成为主流。然而,存在很多因素影响着机床加工精度的提高,机床主轴热变形引起的加工误差就是其中的关键。研究表明,热误差在精密加工中占总误差的比例可达40%～70%。为提高精密数控机床加工精度,减少机床主轴热误差,本文利用理论推导、仿真分析及测量试验等方法对数控机床主轴热误差形成机理、热误差数学模型建立和补偿等关键技术展开研究,主要研究内容及结论如下:(1)对数控机床主轴系统的热特性进行了研究,利用ANSYS Workbench平台对数控机床主轴系统的热特性进行了分析,获得了机床主轴温度和热变形的变化规律,从而为机床热关键点的初步选择提供前期参考。(2)设计机床主轴温度和热变形数据采集实验,检验了有限元模型的可靠性。通过对测量数据分析可知:主轴热误差与主轴温度场变化趋势接近,当机床主轴达到热平衡状态后,主轴热误差也逐渐趋于平稳。随着加工时间的推移,机床主轴各部分温度不再显著提高,此时主轴热变形量也达到某一稳定值,说明温度变化与热误差之间具有很高的相关性。(3)提出模糊聚类和相关性分析方法对机床主轴在X、Y、Z向的热关键点进行优化选择,并得出主轴在三个方向的热关键点;介绍了基于遗传算法优化最小二乘支持向量机参数的热误差建模方法,并设计了变工况实验,最终建立了主轴系统在Z向的热误差GA-LSSVM模型,并验证该模型性能。(4)基于机床外部坐标系原点偏移功能,根据建立的机床主轴热误差GA-LSSVM模型,对数控机床进行热误差补偿试验,验证了模型的精确性和补偿方法的可行性。