在当今世界,数控机床技术水平直接决定了国家制造业的发展水平,是国家先进制造技术的核心,是国家综合国力与装备制造水平的体现。对机床主轴热误差进行研究,提高机床精度对国家的制造业发展意义重大。本文以南京德西数控新技术有限公司生产的三轴数控机床为研究对象,对数控机床主轴的热变形机理进行研究。首先对主轴系统温度场进行分析计算,得出主轴温度场中的关键热源及其发热量,并通过计算得出主轴系统中各零件在其各自的边界条件下的传热关系。利用有限元仿真方法对主轴在不同转速下的温度场与变形场进行仿真分析,得出主轴温度场与变形场随转速的变化规律以及温度场与位移场之间的关系,同时也得到机床主轴箱上特殊温度标记点的温度值。设计数据采集系统对主轴热误差和主轴箱上的特殊温度标记点进行数据采集,对实验数据进行分析比较,得出不同温度点的温度值与主轴热误差的关系以及不同转速下温度数据与热误差数据的变化规律,并与有限元仿真结果进行对比,验证有限元仿真结果的准确性。利用模糊聚类与灰色系统理论方法对温度标记点进行评估、筛选,得出一组最优的温度测试点。利用基于自然选择的粒子群算法(SelPSO)对机床主轴热误差进行建模,得到的热误差模型与回归分析法、标准粒子群算法所建立的机床主轴热误差模型进行对比,得出利用基于自然选择的粒子群算法(SelPSO)建立的主轴系统热误差模型具有更高的精度。