随着现代机械制造技术的快速发展,对数控机床的加工精度和稳定性的要求也越来越高。数控机床是现代制造工业的加工母机,并已经成为国家经济的支柱产业,其水平的高低已成为衡量一个国家综合国力和工业现代化程度高低的重要标志。大量的研究表明,热误差是数控机床的最大误差源,占总误差的40%～70%,而主轴系统作为数控机床的关键部件,它所引起的热变形误差可达到零件总加工误差的60%～80%。因此减小主轴系统的热误差对提高数控机床的加工精度至关重要,而如何快速、准确地获得主轴系统的热态特性,已成为数控机床热特性研究领域的热点。在数控机床主轴系统的热特性相关研究的基础上,建立了主轴系统的温度场仿真模型,对温度场进行了有限元仿真计算,同时通过主轴系统温升实验来校验模型的准确性和真实性,并基于神经网络建立了主轴系统温度场优化模型,可以更加准确地获得主轴系统的温升变化情况。本文的主要研究内容如下:第一章,阐述了数控机床主轴系统的热态特性分析的研究的目的和意义,并针对当前研究中存在的不足,提出了论文的主要研究内容。第二章,介绍了 170CP06精密车床机械主轴系统的基本结构,同时介绍了热传递的基本方式以及热特性的基本理论,并利用三维实体制图软件SolidWorks中建立了机械主轴系统的三维实体模型,并将其导入到有限元分析软件ANSYS中进行热分析。第三章,在分析数控机床主轴系统的热源和边界条件的基础上,建立了主轴系统的稳态和瞬态温度场有限元分析仿真模型,利用了有限元分析方法与有限元分析软件ANSYS对主轴系统进行了仿真分析计算,获得了主轴系统的温度场分布情况和热平衡时间。第四章,根据课题要求,研发了机械主轴测试系统实验平台,并开发了一套机械主轴综合性能测试软件,其中可以完成对主轴系统的温升进行测试的要求和实验目的。本文研发的主轴综合性能测试系统可以分别实现主轴系统在空载和负载条件下的主轴系统的温升测试,以及主轴系统在空载条件下的损耗测试。同时,通过进行空载和负载条件下的主轴系统的温升实验,分析了主轴转速和负载对主轴温升的影响,并且将空载条件下的仿真模型的计算结果与实验数据进行对比,验证了模型的准确性。第五章,为了更加准确并且快速地获得数控机床主轴系统的温度场分布情况,提出了一种基于神经网络RBF计算换热系数的优化模型方法。从而根据实验数据对对流换热系数进行寻优;将最优解代入到有限元温度场分析模型中,再次进行分析,得到了新的温度场仿真模型,将仿真结果再次与与实验数据进行对比,从结果可知误差将有效地减小,从而说明仿真模型的得到了优化,更加接近实际情况,仿真结果也更加具有可靠性。因此,我们可以通过所得的有限元温度场模型分析得出主轴系统内任何一点、任何时刻的温升变化情况。第六章,对论文的主要研究工作和创新性成果作了总结,并对后续的研究工作进行了展望。