航空航天、汽车、国防等制造业的飞速发展,对数控机床进给系统的高转速、高定位精度等性能要求不断提高。但随之带来的是进给系统发热量逐渐增加,造成热变形误差增大、系统结构刚度降低、振动加剧,以至机床加工精度下降。现有研究主要关注进给系统单一的热学性能和力学性能,较少考虑热-力耦合作用下的动态性能,不利于提高进给系统综合性能。为此本文以高速数控机床进给系统为研究对象,结合实际工况分析系统热特性、动态特性及热-力耦合作用下的振动特性。具体研究如下:(1)探索高速进给系统热-力耦合振动研究方法,制定热-力耦合振动研究路线,包括热特性、动态特性及热-力耦合振动特性分析。(2)计算热源发热量、关键结合面接触热阻和对流换热量,施加移动热载荷,建立仿真模型,完成稳态温度场、瞬态温度场及热-结构耦合分析。结果表明:进给系统最大温升为21.08℃,最大热变形达17.264um。针对局部区域发热严重,设计了局部冷却装置并分析其影响冷却效果的因素,研究发现:流速、气流温度等参数对冷却效果影响显著,为此进一步优化了冷却装置。(3)计算切削激振力,建立轴承副、螺母副和导轨副等结合面模型,确定结合面等效动力学参数,完成动力学模态分析与谐响应分析。结果表明:一阶固有频率为330.68Hz,频率范围为300～500Hz内最大振幅为18.6um。(4)考虑热载荷对轴承副、丝杠螺母副和滑块导轨副等结合面刚度的影响,建立热-力耦合模型,进行稳态热-力耦合振动特性和瞬态热-力耦合振动特性分析。获得热-力耦合效应对动态响应性能的影响规律,结果表明:考虑热-力耦合效应后,进给系统固有频率降低、振动幅值增大21.0%,且低频阶段最明显。故提出进给系统局部冷却处理、提高结合面刚度等措施改善动态性能。(5)完成进给系统热特性与热-力耦合振动特性试验。试验结果与仿真结果相比,温度最大误差为3.2%,验证了理论方法和分析模型的正确性;试验获得最高温度为39.7℃,说明高速进给系统产生的热效应较大;试验与仿真的振动幅值相对误差为12.5%,验证了热-力耦合振动分析方法的正确性;试验得到热-力耦合效应作用下振动幅值增大19.7%,表明高速进给系统动态特性研究需要考虑热-力耦合效应。本文研究的热特性、动态特性和热-力耦合振动特性理论方法、模拟仿真及试验测试,为高速数控机床进给系统设计提供了理论基础;设计的局部冷却装置有效减小了进给系统热变形,提高加工精度。