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在超精密数控加工领域内，机床的热变形是导致加工误差的主要因素。随着热误差对加工精度影响越来越大，如何消除这一影响就显得尤为重要。本文以数控机床热关键点辨识研究和热误差建模为主要内容，从国内外机床热误差补偿技术研究现状及其发展趋势出发，结合机床热源和热误差产生的原因和误差补偿技术的相关研究内容，对机床热误差进行了分析建模及补偿研究。根据五轴数控铣床的热源分布，基于传热学理论对该机床进行了温度场和热变形分析，为实施热误差补偿实验提供了理论依据。在机床直线进给系统热误差测量实验中，采用Fisher最优分割法实现了机床测温点的最优选取，根据优化结果利用多元线性回归方法建立了进给系统的热误差模型，并基于该模型进行了热误差补偿实验，补偿效果良好。本文主要研究内容有: 1、利用温度场和热变形有限元理论，分析了五轴数控铣床的热特性。通过分析边界条件，给出了各热源和对流换热系数的计算方法。在基于ANSYS的数控机床整机热特性有限元分析过程中，建立了数控机床的稳态温度场，又以该温度场为热变形分析条件，对整机的热变形进行了有限元分析计算，为机床热误差实验的测温点布置奠定了基础。 2、采用了Fisher最优化分段方法，对该机床直线进给系统上布置的温度测点进行了优化，获得了用于热误差建模的热关键点。 3、分别采用BP神经网络、多元线性回归建模方法完成了五轴数控铣床直线进给系统热误差建模，分析和比较了模型的拟合结果和预测能力。 4、分别利用Fisher最优分割法和多元线性回归法，对某型号的数控机床Z轴直线进给系统上布置的温度测点进行了优化，基于结合优化结果建立了热误差补偿模型，并进行了补偿实验，达到了较好的补偿效果。