主轴单元作为机床的核心部件，直接带动刀具或工件旋转，其组件多样的材料属性，大范围的热量流动与主轴承受的切削力，支承轴承自身安装误差等因素共同作用，造成了机床主轴单元复杂的热变形特性及目前机床加工工件表面质量难以提升的现状。其中，主轴支承轴承作为机床主轴单元最重要的组件，同时作为单元内最主要的热源，特别是角接触球轴承，其运行特性决定着主轴单元支承轴承自身温升、温度场分布、滚动体是否打滑、疲劳寿命及主轴使用寿命、主轴刚度等主要性能；另外，从主轴单元组件的分布关系及功能属性也可以看出支承轴承的运行特性决定了主轴热误差的方向及大小。因此本论文致力于分析作为主轴单元关键组件的角接触球轴承在不同主轴转速、不同轴承预紧力下的运行特性与主轴热误差之间的关系；探索切削力与支承轴承温度场、支承轴承安装误差与主轴热误差之间的关系；以及研究轴承预紧力优化方法等内容，以保障主轴良好的运行特性，最终为提升数控机床精度提供有效途径。　　本论文在国家自然科学基金―重型数控机床热误差监测与实时补偿新方法研究(NO.51475343)及国家国际科技合作专项项目―重型数控机床光纤光栅在线监测与热误差补偿合作研究(NO.2015DFA70340)的支持下，以改进的赛瑞德850加工中心机械主轴单元为研究对象，重点研究其支承轴承温度场分布的影响因素，注重理论与实验紧密结合，以主轴支承轴承功率损耗的影响因素为切入点，开展了机床主轴单元热误差形成机理及影响因素研究，主要工作如下：　　首先，分析了主轴热误差形成机理。主轴热误差主要因其支承轴承功率损耗造成主轴单元内部温度分布不均匀引起的。本论文以轴承拟静力学分析为手段，分析了不同轴承预紧力、主轴转速对主轴支承轴承内部动态特性的影响，特别重点求解了轴承套圈与滚动体之间接触载荷-变形系数，接触椭圆长半轴、短半轴与轴承接触角之间的函数关系。而后本论文在充分考虑轴承自旋摩擦力矩以及主轴单元热边界条件的基础上，完成了主轴支承轴承功率损耗的精确分析及不同工况下主轴单元温度场分布、主轴刀尖位置热偏移的仿真实验研究，分析得到了轴承预紧力对主轴热误差的影响规律。　　其次，进行了主轴切削力及平行不对中状况对支承轴承温度场的影响机理及规律研究。针对切削力是通过改变轴承摩擦力矩及其分布来影响主轴刀尖偏移量的作用机制，本论文在充分理解轴承功率损耗机理的基础上，探索了不同方向切削力作用下的轴承内部摩擦力矩分布，完成了不同负载条件下的轴承温度场仿真分析研究；另外，建立了不同平行不对中情况下的轴承运行模型，深入分析了轴承各个方位滚动体与套圈之间的接触角、接触载荷等主要参数，完成了针对轴承摩擦力矩分布规律的分析研究。　　再次，针对分析得到的轴承预紧力、主轴切削力及支承轴承安装误差对支承轴承温度场分布及主轴热误差影响规律，本论文设计了专门的实验系统，以完成相关实验研究；完成了在不同主轴转速及轴承预紧力作用下的主轴热误差测量实验研究，分析得到FEM方法只能在轴承预紧力达到一定值后才能完全模拟轴承内部运行机理；通过使用光纤光栅温度传感器，完成了不同方向负载作用下的主轴支承轴承外套圈温度场分布式测量与分析，测量结果表明切削力改变了轴承圆周方向上的温度场分布，也证明了FBG传感器能够适用于主轴单元内部恶劣的运行环境中；完成了不同轴承安装偏差下的主轴热误差测量与分析，分析了本论文所建模型的准确性及轴承安装偏差对主轴热误差的影响规律。　　最后，提出了基于轴承自身运行特性参数的主轴单元支承轴承预紧力优化方法。角接触球轴承预紧力与轴承自身疲劳寿命、轴承温升、主轴刚度以及主轴回转精度等性能息息相关。本论文在深入研究其内在关联的基础上，提出了针对机械主轴单元支承轴承的预紧力优化方法，分析表明机械主轴单元轴承温升一般情况下是满足轴承使用温升标准的，而轴承疲劳寿命及滚动体打滑与否决定了合理的轴承预紧力施加范围。