本文是在国家自然科学基金(编号51275305)、高等学校博士学科点专项科研基金(编号20110073110041)、国家科技重大专项课题(编号2011ZX04015-031)、2013年度上海市引进技术的吸收与创新计划项目《基于动态实时补偿的高精度大重型数控机床及其产业化》的大力支持下,开展针对上海重型机床厂的MK5225A重型数控龙门导轨磨床误差机理研究工作。对于机床加工定位误差,目前我们主要可以从两个方向去改善。首先,从机床本身入手,运用有限元分析及结构优化理论,从根本上改善引起机床加工定位精度变化的力、热或几何等特征;第二,运用误差补偿理论,人为地构造出一个反方向的误差去补偿刀具原有的误差。两者方法相辅相成,共同促使机床加工定位精度的提高。本文主要致力于磨床整机的热力耦合模态分析,建立有限元模型并进行误差的机理分析,找到受力及应变的变化规律、温度场及热变形场的变化规律及结构优化设计,建立误差模型并进行补偿,最终达到减少误差,提高加工精度的目的。主要研究内容包括以下几个方面:1、对所研究的MK5225A重型数控龙门导轨磨床整机进行有限元分析,由于数控导轨磨床结构庞大,热、力变形复杂,很多情况下还耦合在一起,所以分别对龙门导轨磨床进行系统地热、力变形分析,找出其中的薄弱环节,为优化设计做准备。2、对于一些对加工定位误差有很大影响的零部件如横梁系统,需要进行更综合全面的分析。这里结合导轨磨床生产实际,模拟横梁体在三个位置变形模态,提出筋格优化设计分析方法,对横梁体进行结构优化设计。3、针对导轨磨床基本的运动关系,利用齐次坐标变换理论,分别分析每一部件的各个误差元素,并建立各自的齐次坐标变换矩阵。通过对比理论、实际两大齐次坐标变换矩阵,推导出磨床左右磨头三个方向综合误差模型,对误差补偿模型的建立有一定的推动作用。4、进行磨床的直线度误差检测、建模及补偿,主要测量了磨床的几何误差,用激光干涉仪测得,基于测量的数据,提出三次样条插值函数对机床的误差进行直线度误差建模补偿。5、利用API动态测量仪测得主轴热漂移误差,提出了基于PSO温度测点优化ELM神经网络的热误差建模方法,与并与传统BP、RBF神经网络建模方法进行比较,证明了新的建模方法的优势之处,能够跳出局部最优的局限而得到全局最优解,其精度更高。