随着科学技术的快速发展,高档数控机床正朝着高速度、高精度、高效率与复合化方向发展,精密数控车床和车削中心已成为现代数控机床发展的主要方向之一。研究开发一台精密数控车床需要多种方案的反复比较和试验,也需要大量的技术投资和较长的开发周期。如何利用现有技术快速有效地提高其动态特性和加工性能,已成为精密数控车床国产化亟待解决的问题。为了实现精密数控车床高精、高速及高效加工,本文结合国家科技重大专项"HTC3250μn精密数控车和车削中心”,利用理论推导、数值仿真分析和实验等方法和手段对精密数控车切削颤振、主轴单元设计及热补偿等关键技术展开深入研究,主要内容及结论如下：(1)构建了基于再生型切削颤振机理的数控外圆车削颤振理论计算模型,并在模型中引入了瞬态切屑厚度和刀具角度变化等影响因素,通过仿真分析得出极限切宽和主轴转速之间具有明显的非线性关系,且主轴转速对颤振影响最为明显；切削稳定性随主振系统的等效刚度或阻尼比增加而增加,但当方向系数、切削重叠率或切削刚度增加时,稳定性反而降低,同时叶瓣曲线的形状也随之改变；但主振系统固有频率不影响曲线形状,它的增大使曲线整体右移。以上研究实现了切削颤振稳定性极限预测,为后续抑振措施的研究提供了理论依据。在此基础上开发了车削颤振分析专用程序,实现了数控外圆切削颤振稳定区的数值计算。(2)利用有限元分析和模态测试相结合的方法获得了HTC3250μn精密数控车整机和刀具系统的动静态特性,结合切削振动测试得出刀具系统是该数控车切削颤振主体,以上结果为切削颤振主动控制提供了动静态特性数据。此外,在数控车结构设计中,提出了应用高阻尼高刚度结构实现减隔振的方法,设计了液体动静压电主轴、静压导轨、树脂混凝土床身和空气弹簧隔振器,通过切削试验证明了以上结构能够满足机床使用要求。(3)针对再生型切削颤振建立了切削过程衰减系数模型,通过对时变转速切削过程进行仿真获得了系统振动频率和衰减系数的变化规律,结果表明：时变转速切削时再生反馈向系统输入的能量少于恒速切削时其输入的能量。通过切削试验验证了模型和仿真的正确性以及变速切削抑振的可行性。基于时间序列分析方法构建了切削力二阶时序模型,提出了通过在线辨识切削稳定区预报切削颤振的方法；给出了切削过程稳定区搜索控制方法,通过在线调节主轴转速搜索切削稳定区,保证系统在稳定区内工作,避免切削颤振的发生。在此基础上,开发了切削颤振预报和切削稳定区搜索控制程序,实现了颤振的主动控制。(4)提出了高速高精主轴多目标优化设计和临界转速校核的有限元方法和基本流程。采用弹簧阻尼单元模拟动静压轴承支承,建立了主轴三维有限元参数化模型并分析其动静态特性,获得了主轴静刚度、固有频率和振型；通过谐响应分析,比较主轴在共振和设计工况下的振型,找出了该主轴的危险点并进行了分析验算；在此基础上,通过扫描设计变量提取影响因子权重,建立了主轴的多目标结构优化设计数学模型,并利用一阶优化算法对体积和振幅进行优化；基于转子动力学理论对优化后的主轴模型计算了坎贝尔曲线,对高速高精主轴进行临界转速校核。在此基础上开发了数控车主轴单元参数化分析系统用于机床主轴分析设计,实现了主轴的快速可靠分析。(5)给出了基于有限元技术进行主轴系统热特性分析和热结构优化的方法,提出了改变边界条件减小热变形的方法,并以HTC3250μn精密数控车为例展开研究,进行了机床热态特性和主轴热变形测试试验。提出了基于灰色综合关联度的测温敏感点选取方法,构建了基于多元线性回归的热误差-温度补偿模型。提出了嵌入式主轴系统热补偿方法,依据半闭环前馈补偿原理,基于数控机床坐标原点偏移功能,利用嵌入式技术开发了主轴系统热补偿器,实现了精密数控车热补偿,提高了加工精度。