数控机床是制造业典型尖端设备,其发展水平是评定综合国力的重要标志,热态性能较差、监测困难是制约我国数控机床发展的重要因素,由于数控加工工艺的柔性化和工况条件的复杂化,使得数控机床热态性能监测具有更显著的复杂性。本文以数控车床为研究对象,应用离线和在线相结合方式对复杂工况下数控车床热态性能进行监测,并完成热态性能监测系统设计,主要成果如下:(1)在分析数控车床热态性能监测要求基础上,采用数字样机离线仿真测试与在线实验监测相结合方式对主轴系统进行热态性能监测,首先对主轴系统进行离线监测,根据机床传热学原理及有限元仿真原理,利用ANSYS Workbench对数控车床主轴系统进行有限元仿真,得到主轴系统温度和热变形的离线监测结果,为在线监测实验中的温度测点布置和热变形测点布置提供依据。(2)在分析主轴系统在线监测要求基础上,设计复杂工况数控车床热态性能监测实验方案,采集主轴系统测点温度和对应时刻主轴前端热变形信号,为了减少温度测点间的相关性,选用相关系数法进一步优化主轴系统温度敏感点,由有限元仿真结果获得的10个温度测点减少到4个敏感点。(3)针对现有热误差模型预测精度低、稳健性差等问题,提出交互效应GM-BP神经网络的热误差建模方法,并与交互效应GM法、BP神经网络法相比较,得出交互效应GM-BP神经网络热误差模型的预测精度和稳健性优于其它两种模型。(4)采用LabVIEW和MATLAB完成数控机床主轴系统热态性能监测系统软件的设计,该监测软件具有用户管理、温升和热变形特性测试管理、热误差数据处理和数据查询等功能,实现了数控车床主轴系统热态性能离线数据处理和在线监测任务。本文采用离线和在线相结合的方式对复杂工况下数控车床热态性能进行监测,为数控制造装备热态性能稳态控制及健康维护提供依据,并对复杂工况下热态性能的预测具有极其重要的作用。