主轴作为加工中心的关键构件,它的精度高低对加工中心整机的精度水平有重要影响,主轴回转精度在服役期的衰退也是主轴可靠性评估的重要特征量。然而,物理样机试验的高成本,低效率极大阻碍了这一方面的研究,因此,利用日益强大的计算机功能进行虚拟试验逐渐被行内所广泛接受并加以研究运用。鉴于此,本文面向工业4.0的数字化设计要求,以NBP1100型立式加工中心的主轴系统为研究对象,设计了加工中心主轴回转精度衰退虚拟试验系统。本文首先从尺寸误差模型和热变形两方面进行了理论研究。本文以主轴构件的尺寸误差为基本误差源,建立回转误差传递模型,通过灵敏度分析,找到对回转误差影响较大的尺寸因素,确定了过程中的影响因素包括机械磨损以及受热变形。对于机械磨损,通过现场磨损试验获得前后支承处轴承径向游隙与时间的函数关系式。对于受热变形,针对前后支承处套筒与轴承间隙的受热变化,确定热源为轴承摩擦生热,而后探讨了包括轴承生热率以及对流换热边界条件的计算方法。最后,综合以上两者的影响建立了回转精度衰退模型。在上述研究的基础上,本文构建了可靠性虚拟试验系统。以.NET为开发平台,VB为编程语言,利用其完善的界面设计,数据传输功能,结合ANSYS参数化命令(APDL),完成了对主轴系统的有限元分析,从而得到热变形对回转精度衰退的具体影响,同时结合MATLAB相关计算功能,综合热变形和机械磨损对回转精度衰退的影响,获得了回转精度分布以及衰退趋势曲线。本文最后以NBP1100型立式加工中心主轴模型和相应工况为实例,对虚拟试验系统进行测试,结果表明该系统具有界面设计友好,操作简单,分析效率高等优点。本文所构建的虚拟试验系统为主轴在服役期内精度衰退的评估提供了一种有效工具,从而为数字化设计时的设计效果评价提供了关键技术。该系统可以对主轴系统开发过程中的关键参数进行优化,并节约试验成本,一方面只需在一个平台中解决相应问题,另一方面能够避免多因素综合过程中复杂的数据传递与转换,最大限度避免数据和精度损失。