本发明提供一种数控机床主轴热误差成因综合试验平台，包括主轴固定装置，包括主轴单元箱体，主轴单元箱体内设有轴承，主轴套在轴承中；主轴单元箱体上设有用于给轴承施加预紧力的腔体；驱动系统；传动装置；信号采集模块；轴承预紧力加载系统；轴承预紧力反馈控制系统，用于通过主轴转速和轴承外圈的温度分布获得轴承预紧力理论值，与采集到的施加于轴承上的预紧力相比较，进行PI调节后控制轴承预紧力加载系统调整预紧力大小；轴承安装误差模拟装置；主轴切削力模拟加载装置。本发明平台和测试方法为主轴单元轴承运行特性研究提供了一个综合试验装置，能够探索主轴热误差成因并精确预测其大小。