滚珠丝杠使用效率高、寿命长,被广泛应用于数控机床、坐标测量机等精密设备的伺服系统中。由于轴承、丝杠螺母等部件在工作时摩擦生热,会引起丝杠温度的上升,从而导致滚珠丝杠受热变形,造成不可忽略的热误差。数控机床、加工中心中使用的丝杠长度较长,热误差显得尤为明显。在总结国内外热误差建模与补偿的相关技术的研究状况后,发现无论是经验建模还是理论建模,均存在一定的缺陷。为此,本文利用单轴半闭环伺服平台做了大量的实验,结合相关的理论分析,对滚珠丝杠温度场与热误差的建模做了一定程度的研究,建立了滚珠丝杠温度场模型,并使用两种方法预测了滚珠丝杠的热误差。本文完成的工作与主要内容如下。建立了完善的实验平台。利用滚珠丝杠为基础的传动机构和“IPC+运动控制卡”的开放式运动控制系统,搭建了半闭环控制方式的伺服平台;进而利用PT100热敏电阻、温度变送器、NI6251采集卡和Labview建立了温度采集系统;并介绍了使用安捷伦的HP5518A双频激光干涉仪和HP55280A线性组件测量滚珠丝杠热误差的方法。建立了伺服系统中滚珠丝杠的温度场模型,基于该模型预测滚珠丝杠热误差。在前人已有研究的基础上,根据滚珠丝杠的导热方程,结合实际情况合理修改边值条件后,建立了一种可快速、准确预测滚珠丝杠在单热源作用下温度分布的模型,提出了模型参数的辨识方法;进而分析了多热源同时作用下滚珠丝杠的温度分布,利用热源对丝杠作用效果的叠加性,得到了伺服系统中滚珠丝杠的温度分布模型;再根据温度场模型,结合机械热变形理论预测滚珠丝杠的热误差。使用BP神经网络建模的方法预测滚珠丝杠的热误差。首先确定了BP神经网络的结构与训练方法;然后结合实际情况,对滚珠丝杠的热误差进行建模。设计了相应的实验。利用实验结果验证了两种热误差预测方法的可行性,并从多个角度比较了这两种方法。此外,还对所建立温度场模型进行了实验验证。