随着装备制造业的迅猛发展,数控机床的定位精度越来越受到人们的重视。滚珠丝杠进给系统是数控机床的关键部件,该部件的热误差对数控机床工作台的定位精度影响很大。为了探索滚珠丝杠进给系统热结构耦合机理的关键共性技术,本课题在国家科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”（项目编号:2013ZX04011-011）、国家自然科学基金“五轴数控机床的热力耦合机理及同步控制的理论与试验研究”及“基于装配质量的滚珠丝杠进给系统热力耦合机理的理论与试验研究”（项目编号:51375081,51775094）的资助下,以国产某型号数控车床进给系统为研究对象,通过理论分析、数值计算与试验相结合方法,对进给系统的热特性进行深入的研究工作。首先,建立了数控机床进给系统的温度与热误差检测试验系统,并通过试验测得进给系统工作过程中温度与热误差分布随时间和工作台位置的变化规律。然后,利用有限元与Monte Carlo模拟集成的方法,提出了进给系统的固定和移动热源的热流密度识别方法,并获得进给系统的温度场及热误差分布规律。利用数值仿真与试验结果相结合,分析了各热源表面温度测量敏感点与热源中心温度随时间的变化规律,进而提出了表面测量点与热源中心温度差的指数拟合模型。依据45°倾斜进给系统的试验结果,讨论了进给系统工作过程中丝杠螺母副定位面变更现象,分析了定位面变更对工作台定位误差的影响。同时基于轴承座和螺母表面温度传感器测量数据,建立滚珠丝杠进给系统热误差的实时预测数值解模型和预测解析解模型,并基于进给系统的数值解和解析解预测模型,分别提出了热误差补偿策略,并进行了试验验证。全文的主要研究工作及成果归纳如下。（1）建立了数控机床热特性检测试验系统,分别对丝杠无预载荷45°倾斜和丝杠有预载荷水平的进给系统进行了试验研究,伺服电机力矩电流和工作台位置由FANUC数控系统通过FOCAS1函数获得,同时获得了温升和热误差的分布;分别分析了进给速度和丝杠预载荷对系统温升、热误差和零点漂移及伺服电机力矩电流的影响,得到系统温升和热误差的分布及零点漂移随系统运行时间和工作台位置变化规律。（2）将Monte Carlo方法与有限元计算法相结合,提出了进给系统的各热源发热率的辨识方法,利用试验检测数据确定了进给系统工作过程中各热源热流密度随时间的变化规律。依据有限元计算结果,提出了利用接触副表面测点温升预测其接触表面温升的指数关系模型,确定了轴承及丝杠螺母副接触面温升的模型参数。通过数值仿真和试验结果相结合,分析了进给系统工作过程中摩擦力和丝杠热变形的时变机制,探明了进给速度及丝杠预载荷对温升分布及丝杠热变形的影响规律,揭示了进给系统各接触副中的流-固-热耦合机理。（3）通过对45°倾斜进给系统工作台的下行运行伺服电机力矩电流方向变化的分析,发现了丝杠螺母定位面的变更现象,且导致工作台定位误差的波动。利用试验结果,系统地分析了进给速度和润滑油膜粘度随温度变化对丝杠受力状态和丝杠螺母副定位面变化的影响;依据进给系统下行工作过程中功率流的分配关系,推导出丝杠螺母定位工作面变更临界条件判别表达式,提出了倾斜进给系统丝杠螺母副定位面变更的判断方法。（4）基于一维杆热传导方程的有限差分法,提出了依据轴承座和螺母法兰表面温度多变移动热源丝杠的温度和热误差的数值预测模型;基于分离变量法推导出单热源激励下一维杆热传递偏微分方程的解析解,进而利用叠加原理建立了多热源激励丝杠热误差的解析预测模型。并利用试验数据确定了模型参数,通过有限元计算和试验结果进行了验证。（5）利用（4）的丝杠热误差预测模型,提出了滚珠丝杠进给系统的自适应热误差实时补偿控制方法,建立了进给系统热误差的实时补偿控制系统;以丝杠无预载荷45°倾斜和丝杠有预载荷水平运动的进给系统为试验对象,分别对基于数值计算预测模型和解析预测模型的补偿控制进行了试验,验证了补偿控制算法精确性和鲁棒性。