精密卧式加工中心作为高档数控机床的一类产品,其自动化和智能化程度高、柔性和通用性强,精度/精度稳定性和刚度要求高,是航空航天、汽车、船舶、机床等重点领域箱体类精密零件加工所必需的关键重点装备。随着数控机床不断向着高速、高精方向发展,精密卧式加工中心热误差对加工精度的影响愈加明显,本文研究了精密卧式加工中心热误差在机实时测量与补偿这一前沿技术问题。降低数控机床热误差的途径主要有三种方式:热平衡设计、温度场主动控制以及热误差补偿。实际生产中,通常会将三种方法综合使用。本文以精密卧式加工中心为研究对象,以热误差补偿作为提高其精度及精度稳定性的出发点,结合工程实际需求,提出一种监控机床结构大件热变形量并可据此进行工作空间实时补偿的建模和补偿方法,并进行相关的实验验证。在热误差建模方面,提出以结构件变形量为基础的机床工作空间热误差建模方法,建立出精密卧式加工中心结构件热变形与整机末端热变形的映射关系。根据此方法建立一台精密卧式加工中心床身、立柱、滑座等结构大件的变形量测试线,开展在多种工况下结构大件的热变形仿真分析,建立各直线轴导轨三个方向热变形与结构大件测试线变形量之间的映射关系;采用多体动力学方法,建立导轨基面与运动副-工作空间的误差映射模型。基于上述模型,分析各项误差对机床工作空间热变形误差的敏感度,为动态关系式的调整提供支撑。在热变形测试和补偿方面,研制出机床结构热变形测试装置,开发出机床热误差实时补偿软件,采用外部坐标原点偏置法,实现热误差实时补偿。基于以结构件变形量为基础的机床工作空间热误差建模方法,设计以杆代线的机床结构件热变形测试装置,以碳纤维杆作为热变形的基准,选用高精度接触式位移传感器,通过测试固定在结构大件上的位移传感器和碳纤维杆之间的位移值获得结构大件的测试线实时变形;考虑到工程使用方便,将每个结构件的传感器进行集成,进一步串行连接,构建集成式热变形测试系统;根据所建立的热误差模型和集成式热变形测试系统,开发了机床热误差实时补偿软件,建立了实时计算和补偿平台;通过实时测得结构大件的测试线变形量,根据模型实时计算获得补偿数据并输入数控系统,采用外部坐标原点偏置法实现实时补偿。在热误差快速检测方面,提出了工作空间体对角线、面对角线与直线轴等多项精度综合检测方法,通过实验验证了实时热误差补偿方法的有效性。这种方法检测的误差项包含单直线轴误差、两轴联动误差、以及三轴联动的体对角线误差,误差项具有多样性,各检测直线组合起来基本可以涵盖机床工作空间;同时测试速度快,满足实时补偿的需要。通过高精度激光跟踪仪进行机床全空间体对角线、面对角线及单直线轴的测试验证表明,工作空间热误差补偿效果可达到35～50%。上述热误差补偿方法具有很好的实时性,不需要在机床上安装大量的温度传感器,测试线及位移传感器安装于结构大件的外围,远离加工区,工作环境较好,具有很好的准确性和可靠性;该方法方便工程应用,可有效降低热误差,提升机床的加工精度和热稳定性,具有重要的工程应用价值。