随着现代科学技术和社会生产力的不断发展，对机械加工产品的质量提出了越来越高的要求。在现代制造业工业产品的加工过程中，加工设备的高速化、高精化是一个必然的发展趋势。经研究发现，加工过程中，加工精度不足的问题主要由振动特性和热特性而引起的。^[1] 很多学者和专家在研究中发现，加工过程中的热传递导致的变形和残余应力是造成机床加工误差的主要因素；英国伯明翰大学J.Peckenik研究表明，在加工过程中40%-70%的误差来源于温度场不均匀和结构热变形。^[2] 而切削加工作为机床最重要的加工方式之一，在加工工件的过程中将产生大量的切削热，工件因此产生不均匀的温度场，导致加工工件的结构热变形和残余应力的产生，最终影响工件的加工精度。随着数控机床加工的高精度、高刚度、高速度不断发展，机床加工过程中工件的热态性能以及残余应力的研究越来越受到人们的重视。

精密机床直线导轨是机床的重要组成部分，在加工过程中起到导向和支承作用，保证运动部件在外力的作用下能准确地沿着正确的方向运动。直线导轨自身的精度是被加工工件精度的重要保证。在直线导轨的加工过程中，磨削刀具与直线导轨的相对运动会产生大量的摩擦热，会在导轨内产生热传递。不均匀的热量传递形成的温度场则会引起残余应力与变形，影响直线导轨的加工精度，最终导致精密机床在加工过程中工件加工精度的降低。由此表明，如何通过建立直线导轨磨削加工过程的温度场、分析导轨热特性、减少导轨加工过程的残余应力，提高直线导轨的加工精度将是非常重要的一部分。

1.2研究目的与研究意义

对高精度机床直线导轨热态性能研究是研究制造高精度、高性能的数控机床的关键部分，为产业化应用提供技术支撑，是我国在“高精尖”数控装备方面突破技术封锁的必由之路，是数控技术领域创新性发展的重要任务之一。直线导轨精密磨削过程的温度场研究有助于分析精密机床直线导轨在磨削加工过程中热变形，提高导轨导向精度，从而提高精密机床的加工精度。

有限元理论的不断完善和数值模拟技术的快速发展使得热特性分析方法日趋成熟，有限元数值模拟技术可以定量地计算出温度分布状态和由温度产生的热位移、应力和应变等数据，借助现有的有限元分析软件如ANSYS，可以直观地看出由于导轨的温度场以及由于温度变化在三维方向上产生的热应变。通过导轨温度场以及热应变的研究，为分析导轨热变形对加工精度的影响提供了参考，进而为机床的误差补偿提供了理论依据，^{[ 3 ]} 可以在设计阶段建立有效的精密机床直线导轨热变形补救措施，或者研究如何减少机床直线导轨本身的热应变。

1.3国内外研究现状

机床导轨是高精度机床上的关键零部件之一，机床导轨发热引起的的热形变成为影响机床加工工件的加工精度的重要原因，所以有很多学者都对机床导轨的热传导以及热形变进行了研究。许多研究人员利用有限元分析方法、回归分析方法、神经网络等方法对热特性进行建模分析研究。

东北大学孙志礼、杨强等人考虑了热源移动对导轨热变形的影响，应用有限元方法，建了立导轨的有限元模型，得到了导轨的温度场，并在此基础上得到了导轨的热变形量。[3]

应杏娟、迟玉伦等人提出了近似模型和数值模拟技术相结合的模型计算方法，通过建立导轨热误差有限元计算目标函数，采用响应面近似模型方法，对导轨有限元模型边界条件进行了优化选择，得到了导轨热变形误差优化计算值，并将其应用于机床导轨的热变形实时补偿，提高了机床的加工精度，解决了机床导轨难以进行全行程范围内热误差实时测量的问题。[4]

西安交通大学的马术文提出对数控机床进行热误差补偿时，结合模糊聚类和相关性分析理论来优化机床热关键点。先初步选定多个测温点，利用模糊聚类分析原理把测温点聚类分组，再从每组中选择一个测温点，利用相关性分析，最终确定测温点的位置和数目，以此来间接地确定机床导轨的温度场。[5]

合肥通用机械研究院的杨定军借助响应面方法建立机床导轨热误差响应面模型，提出了一种结合有限元理论的导轨热误差确定方法，证明了该方法在机床导轨热误差确定和补偿方面的可行性。[6]

刘腾、高卫国等个人考虑了油膜厚度的变化对机床导轨热误差传递的影响，提出了一种流体静压机床进给平台的综合热模拟建模方法，预测了机床的热特性，研究了机床热误差的减小方法。证明了液压机的热误差程度由油膜传热规模决定，这主要是由供油温度和环境温度的温度差引起的。[7]