加工中心因其结构与控制的复杂性,其可靠性常难以保证,而传统的可靠性试验存在成本高、效率低等不足,因此通过构建虚拟样机,利用计算机的强大计算能力,低成本而又高效地获得可靠性测试结果,已经成为必然的选择。本文以NBP1100型立式加工中心主轴为研究对象,对其可靠性虚拟样机建模理论进行深入研究,完成可靠性虚拟样机的建立,并分析了热特性对其可靠性的影响。首先,根据NBP1100型立式加工中心及其主轴的结构和特点,研究了FFS(Function功能-Fault故障-Structure结构)树结构化解析方法,以功能分解为核心的建树原则,结合具体的加工实例从功能、故障和结构三个维度分别划分成不同的级别,建立层次化树形网络结构模型,并以此为基础建立了主轴在加工过程中的可靠性评估模型。其次,依据FFS树及其各层间的逻辑关系,提出可靠性虚拟样机的建模要求,利用Pro/Engineer软件建立了主轴各个元结构的三维模型,并根据可靠性分析情况进行变型设计,简化为元单元模型,通过虚拟装配完成了主轴可靠性虚拟样机的建模。然后,通过建立的虚拟样机模型,利用有限元法对加工中心主轴进行了热特性分析。分析了主轴热载荷和边界条件,确定了轴承发热强度、切削生热功率和对流换热系数的计算方法,在此基础上完成了空转和切削状态下的温度场和热变形分析,并通过试验实际测量来验证有限元模型的准确性。最后,利用ANSYS软件的可靠性模拟系统,对主轴的热特性进行了可靠性分析。确定了输入变量的分布类型和特性参数,分析了随机变量样本的分布情况,得到了输出变量的累积分布函数和失效概率。根据灵敏度图可以得出影响主轴热特性的重要变量,按照相应的散点图提出提高主轴热可靠性的方法和建议。