目前，国内外对于机床的加工精密度要求越来越高，而在造成机床加工误差的诸多因素中，热误差最为关键，尤其是对于超精密机床来说，热误差大约占据总误差的40%~70%，因此研究超精密机床的热学性能越来越重要。为了保证机床温度场分布分析的准确性，提高机床的加工精度，本文以自主设计的超精密光学磨床为研究对象，提出了一种基于热力学理论的热导率分析模型以及结合有限元分析的机床结构优化方法。首先，介绍了本课题超精密光学磨床的整体结构，并且依据机床静态、动态以及热态性能的要求给各部件选择了合适的材料；然后，在确定出超精密光学磨床各部件热源的基础上，基于传热学理论阐述了整个机床的传热方式；为了更精确的计算分析出机床的温度场分布，利用固体物理学知识，通过Hasselman and Johnson模型以及Holland模型计算出来了机床各部件材料的热导率；之后，建立了主轴、溜板箱以及床身的有限元模型，计算出了各自系统热源的大小以及其热传导边界条件，并且通过有限元软件ANSYS和Workbench仿真分析，得到了各部件的温度场分布；最后，在满足超精密光学磨床整体静力学和动力学性能的基础上，从主轴电机的安装布局以及冷却系统等的方面对系统进行热力学优化，对于溜板箱以及床身从材料、热耗散等方面进行结构优化使其得到更好的热力学性能，从而得出一种性能较好的超精密光学磨床的结构。