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随着机械制造业的竞争日益激烈,产品周期日益缩短,在机床产品的设计质量与性能上提出了更高要求。数控机床在精加工过程中的切削载荷一般不大,与静刚度相比,振动特性与热特性是造成加工精度不足的主要因素。在机床设计过程中,往往只考虑到静态刚度因素,缺少结构大件及整机动、热特性分析的数据,没有全面考虑到热特性对机床性能的影响,在设计过程中存在不足。本课题来源于国家科技重大专项项目“面向动静热特性的机床数字化设计及其软件”(NO.2009ZX04014-034)与国家科技支撑计划“机床轻量化设计的‘概念-单元’技术与应用”(NO.2011BAF11B03)。本文基于课题研究内容,结合课题组经验,重点研究面向数控机床的热特性分析计算方法和热载荷与边界条件求解模型,具体工作如下：(1)基于有限元的机床热特性分析计算方法研究及其软件开发通过回顾传热学的基本理论及有限单元法,研究面向数控机床的热特性分析计算流程,结合机床类型、结构与热源分布特点,引入运行工况参数,建立加工空间热特性分析计算模型,并将有关热特性计算系数、试验测试方法与数据处理分析等知识库融入软件,形成机床整机与关键零部件热特性分析计算方法。开发机床热载荷与边界条件分析软件,包括参数化机械载荷分配、参数化热载荷求解、散热条件求解,实现了热载荷与边界条件的便捷快速计算。(2)卧式加工中心整机热特性分析应用上述方法与软件,分析卧式加工中心的热源,求解其快移典型工况下的机床运动部件连接面间的热载荷及整机散热约束条件,完成整机热结构耦合分析。得到整机温度场及其加工空间不同位置的主轴热变形规律,分析零部件热变形对整机热变形的贡献率,指出了影响整机热特性的零部件薄弱环节,为机床整机的热特性设计与改进提供了理论依据。(3)卧式加工中心整机热特性试验研究利用温度-位移监测系统及热红外成像系统测试多种试验工况下机床温度场与主轴热变形,识别机床热载荷,从实际测量的角度分析卧式加工中心整机热特性规律,与理论计算结果相对比,通过试验数据修正数控机床热结构物理模型,为其可靠性提供试验数据支持。