随着我国工业建设现代化的深入发展,各行业对机械加工制造水平的要求日益提高,数控加工技术得到高速发展。其中,高精度数控加工技术代表了整个国家制造业的现代化程度和水平,对推动制造装备高端化发展具有重要的战略意义。提高数控机床加工精度已经成为机械加工制造领域面临的一个重大课题。重型数控机床体积庞大、运行行程长、负载较重、各结构件制造安装精度有限、加工过程中驱动设备发热较为严重,因而容易产生较大的加工误差。研究表明,由机床热变形引起的误差在数控机床加工误差中占有较大的比重,特别在精密设备加工中,热误差占总误差的比例最大。因此,降低数控机床的热误差影响对提高机床整体加工精度显得尤其重要。本文以ZK5540A重型龙门钻床为对象开展热误差补偿研究。通过对热误差补偿相关策略与方法的研究,提出一套热误差补偿方案。实现基于嵌入式系统的热误差补偿控制装置软硬件设计,并对其进行测试验证。主要研究工作如下:(1)研究热误差补偿的多模式接入策略及降低数控机床热误差的具体实施方法。针对ZK5540A重型龙门钻床所配有的HNC-848型数控系统进行分析,提出反馈截断法、数控系统集成热误差补偿法和基于G代码动态修正热误差补偿法三种热误差补偿方案。通过对三种补偿方案进行原理研究、对比分析,确定采用基于G代码动态修正热误差补偿法进行热误差补偿系统设计。(2)根据基于G代码动态修正的热误差补偿方法,制定热误差补偿控制系统的总体技术方案。针对系统需求,采用基于ARM+FPGA的嵌入式系统方法设计热误差补偿控制装置。规划机床温度数据采集、数据存储、误差数据通信等功能模块的硬件电路,并在此基础上进行补偿系统软件总体设计。建立基于BP神经网络的热误差预测模型,将其嵌入到微处理器中实现。(3)热误差补偿控制装置的系统测试与验证。搭建热误差补偿系统实验平台,将补偿控制装置接入ZK5540A重型龙门钻床数控系统中,对该数控机床进行系统配置及PLC二次开发编程设计。为确保热误差补偿系统的有效性,首先对总线通信模块进行单元测试,然后通过静态热误差补偿实验对整体系统进行测试验证。