装备制造业的建设现已经转变为我国国民经济的主体,在制造业中大部分的产品都是由数控机床加工生产的,高性能的数控机床应用越来越广泛,经研究显示,数控机床产生的热误差占总误差较大一部分,热特性变化是数控机床加工精度的关键决定性因素,由此对数控机床进行热特性分析显得尤为重要,减少加工过程中由热量影响产生的误差是提高机床加工精度的有效措施之一。本文以沈阳机床集团生产的立式加工中心M4.5为研究对象,对其主轴系统进行热特性理论模型的建立,使用有限元分析软件ANSYS对其主轴系统及整机关键部件进行温升和热变形进行理论分析,针对立式加工中心M4.5主轴系统做温升及热变形的相关实验,最后在保证结构性能的基础上对主轴箱体进行了结构优化。本文主要研究以下内容。(1)通过查阅大量文献,了解到国内外对于加工中心热特性的研究现状,并对结合面热阻进行了分析,以热力学为基础,采用热-力耦合方法进行有限元分析,确定本次课题的研究内容与方法思路,为加工中心热特性的后续研究提供明确方向。(2)由热变形机理建立出理论数学模型,根据立式加工中心M4.5的结构做出分析,使用CATIA软件建立立式加工中心三维模型,并且定义属性与材料,用有限元相关分析软件,划分网格建立主轴系统有限元模型。(3)根据实验工况和边界条件建立主轴系统温度场以及热变形有限元模型,得到主轴系统温度场和热变形的仿真分析图,同时分析主轴系统在温升过程中对整机关键部件立柱等的影响,总结出温度和热变形的变化趋势。(4)使用高精度磁吸式温度传感器和主轴回转误差分析仪对主轴系统进行实验热态分析,通过传感器的有效布置,高效的测量出主轴在空载运转4小时内的温度变化和各敏感点的热位移变化。最后理论分析与实验相结合,选择系统中对结构影响小的部位进行尺寸优化,从而降低热误差对加工中心精度的影响。