机床热态特性作为影响机床加工精度的一个重要因素,受到了各行各业专家学者越来越多的重视。准确地建立机床热力学模型并对其热态特性进行分析是确保机床可靠、稳定工作的前提。本课题来源于国家科技重大专项“高档数控机床数字化设计关键技术与工具集研发及其典型产品应用”(NO.2012ZX04010-011),以立式加工中心为研究对象,利用有限单元接触分析及热-结构耦合分析方法对整机热态性能进行数值分析,并对整机热特性进行试验研究,为机床薄弱环节的改进和完善提供数据参考。首先对机床温度场、热-结构耦合、接触分析等有限元分析的基础理论作了简单概述；建立了立式加工中心X/Y/Z三向移动部件的力学模型,分析各结合面之间的机械载荷,并对机床中滚动导轨、滚珠丝杠、滚动轴承及螺栓等结合面予以等效处理,同时给出机床热边界条件的计算方法,建立机床热力学有限元分析模型。研究结合面接触热阻对立式加工中心整机温度场分布的影响,分析有接触热阻与无接触热阻两种条件下的整机温度场,并与试验测量结果相对比,结果表明接触热阻是机床热态特性分析中的重要因素。利用热-结构分析方法研究机床整机热变形,通过与试验测量数据的比较,验证了本文对整机热特性分析模型处理的合理性。根据立式加工中心工作条件,设计三种不同的试验工况对机床热态特性进行试验研究,并采用七点式非接触位移测量方法检测机床主轴与工作台的相对热变形—热伸长、热漂移和热倾斜,试验结果表明：主轴的高速旋转而引起的热变形是影响机床加工精度的主要因素。基于机床工作空间的形成,确定了多个整机典型位置工况,分别研究了不同位置工况下的整机温度场及热变形情况,并利用国家机床几何精度检验标准的线性偏差与角度偏差评价机床在整个工作空间内的热变形规律。研究结果表明：机床Z向移动部件产生的热变形较大,需着重对该向零部件或参数进行优化改进。