高速电主轴具有集成化的结构,紧凑的结构和高效的加工效率使其被应用于多种加工环境。伴随着加工时间的持续,电主轴内部的热量较难排出并造成积聚,导致轴端发生热伸长,从而降低加工精度和加工效率。而预紧力的合适调节是不同加工环境的良性追求,电主轴内部温度场和轴端热伸长也会随之发生改变。针对变压预紧电主轴,在改变预紧力后的温度场实时变化成为加工关注的重点,而轴端热位移也作为加工补偿的依据。因此开展变压预紧电主轴温度场预测与热误差建模研究。首先,介绍高速电主轴的组成要素。针对各部分的结构设计,包括主轴电机的选择,主轴轴承布局与型号的选择,主轴的冷却策略,以及主轴换刀结构的工作原理进行分析。通过讨论轴承预紧与刚度的关系,对变压预紧模块的组成与工作原理进行阐述。其次,以变压预紧电主轴为载体,结合传感器与配套的测试系统,搭建变压预紧电主轴温度与热位移采集平台。在相同转速不同预紧力的实验条件下,采集电主轴关键部件的温度变化与轴端热伸长数据,为后续电主轴温度场预测和热误差建模提供实验参考。再次,以传热学为基础,分析变压预紧电主轴的生热与传热方式,并计算生热量与内部零件间的传热系数。根据有限元仿真温度场与相同工况的实验数据,采用梯度下降法对传热系数进行优化,对变压预紧电主轴的温度场进行预测。通过对关键部件优化前后的温度对比发现,基于梯度下降法优化传热系数的温度场预测方法具有较好的预测精度和实时性。最后,以实验数据为基础,采用注意力机制模块对时间卷积网络进行优化改进,建立变压预紧电主轴热误差预测模型,并与时间卷积网络和长短期记忆人工神经网络进行对比,结果表明基于注意力机制改进时间卷积网络模型的预测精度和稳健性更高。