重型机床是国防军工、航空航天和交通运输等支柱产业的重要数控装备之一。由于自身和工件庞大、负载变化大、行程大等特点，重型机床更容易受到环境及工况等因素的影响，在运行过程中主轴容易产生较大热误差，降低机床的加工精度。因此，本文以重型龙门铣床为研究对象，围绕“环境温度及工况对重型机床热特性影响规律”展开系统深入的研究，设计了实验方案，通过对环境温度和不同工况下的热特性实验分析，建立多元线性热误差预测模型，并对模型温度变量个数进行优化，最后基于西门子840D数控系统嵌入热补偿模型，在龙门铣床XHC5735上实现了补偿应用。本文主要内容如下：首先，基于机床热特性的基本理论及重型机床的结构特点，分析了主轴热变形的不同变形趋势，以及需要对环境温度和工况因素进行重点研究。其次，采用垂直方向和水平方向布点的方法测量重型机床温度场的分布，同时采用五点法测量冷机下主轴终端热变形，分析空间环境温度在垂直方向和水平方向的分布规律以及其对主轴终端热变形的影响。然后，采用五点法测量主轴终端热变形的方法，分别通过油膜厚度变化、不同主轴转速和横梁位置变化等三个工况因素对主轴终端热变形的影响进行实验研究，排除油膜厚度变化对主轴热变形的影响，同时证明主轴转速变化和横梁位置变化对主轴终端各个方向热变形的影响较大。最后，在上述研究的基础上，根据热关键点选择原则进行温度测点优化选择，基于多元线性回归理论建模，对热误差模型变量个数进行优化，确定了基于滑枕和环境两个最优温度测点的热误差模型。并且，基于840D系统连通补偿系统的硬件，通过PLC程序设计嵌入了热误差补偿模型，实现热补偿功能。在龙门铣床XHC5735上进行补偿实验，补偿后主轴Y向热误差由35μm降到了15μm以内，热误差减少65%以上。