研究表明,在精密和超精密加工过程中,热误差是数控机床最主要的误差源,占总误差的比例达到40%～70%,严重制约着数控机床加工精度的提高。在高速和超高速数控机床中,大多采用集成化的高速电主轴,电主轴热变形引起的热误差显得尤为突出,可达到零件总加工误差的60%～80%。本文结合国家科技重大专项“精密数控机床动态综合误差补偿技术”,主要针对数控加工中心高速电主轴热误差参数辨识、误差建模优化、误差补偿系统的开发进行了深入研究。针对数控加工中心电主轴热特性做了以下工作:(1)以高速电主轴为研究对象,详细分析了电主轴结构、冷却方式及主要热源。以现代传热学理论为基础,根据电主轴热传递特点,进行了电主轴发热及散热计算,对主轴热特性进行了详细分析。(2)以实验数据为基础,详细分析了主轴热误差的变化性、时滞性及复杂的非线性特征。结合热误差的非线性特点和人工神经网络良好的非线性拟合能力,进行了基于不同温度变量的BP神经网络训练建模。(3)在分析传统BP神经网络建模机理的基础上,针对BP网络热误差建模所具有的局限特性,利用遗传算法优化其连接权值和阈值,提出了基于不同温度变量的GABP神经网络优化建模方法。(4)结合项目要求,搭建基于PLC的主轴热误差数据采集系统,并进行了电主轴热误差实验。针对FANUC 18i数控系统,在外部机床坐标系偏置功能原理基础上,提出基于PMC的数控机床热误差补偿方法,并进行数控机床电主轴热误差实时补偿实验和工件试切。