热误差作为影响机床加工精度的主要因素,严重影响零件加工质量,实现机床热误差的有效补偿是当前亟待解决的问题。零件加工精度受影响的时间段主要发生在机床从冷机到热平衡这一过程,该过程中的热误差变化是复杂、时变且非线性的。当下已有的传统热误差模型存在不能准确描述热误差的非线性变化以及受环境温度影响导致模型的预测精度或鲁棒性降低等问题。为此本文以HMC-200i机床的Z轴丝杠为研究对象,进行热误差建模方法研究,主要内容包括如下:对机床结构、机床热源进行了分析,对Z轴丝杠数据测量方法、设备进行了介绍,通过处理分析热成像仪及温度传感器获得的Z轴丝杠温度分布数据,筛选出了在后续建模中获取关键部件温度的传感器,设计了后续实验过程中温度和热误差测量方案,为后续研究奠定基础。针对Z轴丝杠热误差的非线性变化问题,提出了一种双指数的建模方法。分析了Z轴丝杠热误差规律,结合Z轴丝杠分为非运行区间段和运行区间段两段的特点,将Z轴丝杠热误差分为受上端轴承温升影响的零点偏移误差与受丝杠螺母温升影响的区间误差,两部分误差都随对应温升呈现指数变化,进而提出了用于预测Z轴丝杠热误差的双指数模型。针对Z轴丝杠热误差模型受环境温度变化时鲁棒性降低的问题,进一步地提出了动态双指数模型。分析了环境温度对Z轴丝杠热误差的具体影响,研究了环境温度与模型参数之间的映射规律,建立了模型参数与环境温度的四阶多项式关系,由此建立了适应不同环境温度变化的动态双指数模型。对模型效果进行验证。以实验机床315组数据和验证机床120组数据对动态双指数模型的预测精度及鲁棒性进行验证。结果表明:在空转状态下,无论在实验机床上还是验证机床上,残差整体控制±6μm以内,动态双指数模型都具有很好的预测精度及鲁棒性。