随着航空工业、汽车工业、模具制造、船舶与海洋工程等领域对高档数控机床性能的要求不断提高,机床正向精密、高速、复合方向发展。要发挥数控机床高速切削的优点,必须设计高速的进给系统,同时保证微米级的定位精度,双丝杠驱动是一种高效的驱动方式,相比传统的驱动拥有更好的动态性能,因而得到广泛的应用。由于双驱动进给系统工作台在高加速度条件下的快速移动易激发系统振动,也会产生大量的热,使得进给系统产生变形,进而影响到进给系统的定位精度。已有的研究方法通常是分别针对双驱动进给系统的力学性能和热态性能进行分析设计,这使得进给系统动态性能的分析不够全面,也造成进给系统综合性能难以进一步提高。论文以双丝杠驱动直线进给系统为研究对象,分析了其动力学模型,热力学模型以及动热耦合振动模型,为双驱动进给系统的多目标结构优化设计提供有效的理论依据与指导。为研究双丝杠驱动进给系统的动力学特性,提出了一种混合建模方法。该方法建立了双驱动进给系统多自由度模型,综合了丝杠螺母副,支撑轴承及直线滚动导轨结合面参数的影响。基于拉格朗日方程得出了双驱动进给系统的刚度、质量、工作台位移公式,通过计算得到了固有频率。分析了轴向刚度、工作台的质量和位置等因素对其动态性能的影响,并且通过试验验证了动力学模型的准确性。针对双驱动进给系统振源多、热源多、边界条件参数难以确定的特点,提出了采用有限元与试验相结合的方法分析其温度场分布、热平衡时间、热模态等热态性能。通过温度场分析发现,随着运行时间和进给速度的增大,丝杠上各测点的温度呈非线性变化规律。丝杠达到热平衡的时间随着进给速度的增大而增长,且热平衡时的温度也会变高。在此基础上设计了一种进给系统热误差测量试验方法,并通过所选5个热敏感点的试验数据,构造热误差关于时间、坐标位置及温度的映射函数,建立了热误差综合预测模型。根据进给系统在工作中受力和热共同影响的特点,建立了动热耦合效应下滚珠丝杠副结合面的轴向动态参数测试模型。滚珠丝杠轴向动态特性参数受轴向载荷、预紧力等影响,丝杠螺母的温升导致丝杠螺母预紧力变小;温度越高热轴向载荷越大,从而降低丝杠轴向动态刚度。在此基础上研究了进给系统的动热耦合效应和动态性能的内在联系机理,提出了求解动热耦合问题的数值仿真分析方法,进一步得出温升使得进给系统的固有频率变小,振动幅值增大,特别是一阶固有频率在温升影响下减小7.14%,振幅增大 25%。综合考虑双驱动进给系统的工作台受动热耦合效应的影响,建立了双驱进给系统多目标优化模型,对进给系统的工作台结构参数进行优化分析。以工作台轻量化,最优耦合力学性能和双驱动进给系统一阶固有频率为目标函数,以工作台结构参数为设计变量,建立多目标优化模型。采用灵敏度法选取设计变量,降低构建目标函数的难度。通过有限元计算获取正交试验设计的二阶响应面模型的样本数据,并在此基础上建立多目标优化设计目标函数,并采用NSGA-Ⅱ算法求解出Pareto最优解集。根据轻量化、高抗振性及最优耦合力学性能的优化设计原则选择工作台尺寸参数最优解,优化后工作台的一阶固有频率提高了 9.28%,振动幅值减小了 25%,质量减轻了 0.3%。从而解决了既要轻量化,又要动静热性能最优的难题,为以后的进给系统设计提供一种思路和方法。