对于精密及超精密数控机床,由机床热效应引起的机床热误差是影响其加工精度的主要因素。在机床设计阶段,如何快速便捷地对机床的热态特性以及热误差对工作空间加工精度的影响进行量化分析和评价,对于指导机床设计人员进行机床热源的布局设计、机床热-结构的合理优化设计具有重要意义。论文以框中框结构的卧式加工中心为研究对象,建立卧式加工中心静力载荷模型和进给系统热载荷模型,进行整机的热-结构耦合仿真分析,系统研究热载荷、重力载荷及热载荷和重力载荷联合作用下对机床热特性的影响规律,提出基于CAE热分析和多体理论的机床结构工作空间热误差建模方法,开发卧式加工中心CAD/CAE热分析模块。针对框中框结构卧式加工中心的结构特点,综合考虑切削力、工件重力、主轴转矩、重力等因素,建立了卧式加工中心静力载荷模型,包括主轴箱-溜板、立柱-溜板和工作台-床身等部件结构的静力载荷模型;根据卧式加工中心进给系统零部件的生热-散热机理,建立了机床进给系统的热载荷模型。基于上述静力载荷模型和热载荷模型,采用ANSYS有限元分析软件,对卧式加工中心进行了热-结构耦合仿真分析,研究了卧式加工中心的结构温度场分布规律及在热载荷、重力载荷、热载荷和重力载荷联合作用下的结构变形场分布规律。以卧式加工中心热-结构耦合仿真分析的结构变形场为基础,采用误差理论将各向导轨的热变形仿真分析结果转化为18项部件热误差;然后,基于多体理论,建立了卧式加工中心工作空间热误差模型。以Visual Studio和MATLAB为开发工具,以Creo Parametric和ANSYS为CAD/CAE平台,以Microsoft ACCESS为数据库,开发了框中框结构的卧式加工中心专用CAD/CAE热分析模块。本文的研究成果为卧式加工中心热平衡设计奠定了理论方法基础,对于指导机床设计人员在机床设计阶段对机床热态特性和工作空间热误差进行快速分析和评价具有重要意义。