本文在充分了解和深入分析国内外数控机床误差分析、建模与补偿技术研究和应用现状的基础上,通过详细的理论分析和应用实例,针对数控机床误差分析、建模与补偿中的关键技术(如热误差建模与机床误差的实时补偿等)及其应用提出了新的思路和方法,创新性地提出了针对FA-32M铣床切削用量相对稳定情况下的热误差时序建模策略、提出了利用遗传算法优化传统灰色理论的热误差建模方法、首次针对FA-32M铣床实施基于机床外部坐标偏移的实时补偿方法(以往研究仅在车床上实施),通过实验分析论证,获得了良好的效果。本文的主要内容有以下几点:(1)综合论述了数控机床误差产生的原因、降低数控机床误差的主要方法、数控机床误差建模和补偿的研究历史和现状。(2)介绍了本文所研究机床-FA-32M数控铣床的基本情况,并分别按照不同运动轴的运动情况对其进行了误差分析,确定了此数控铣床存在的18个与位置及温度都有关的误差元素、3个只与位置有关的误差元素、5个只与温度有关的误差元素,总共26个误差元素,然后在机床的各部件建立不同的坐标系,通过齐次坐标变换的方法将刀具和工件的位置转化到机床床身坐标系下的坐标,然后通过这两个坐标之间的相互关系求解机床误差的运动学综合模型,为更有效地对机床进行误差建模与补偿提供了理论基础。(3)从理论角度分析了热误差建模原理和目的,然后引出了针对FA-32M铣床的两种不同的热误差建模策略,即热误差-温度元素建模和热误差时序建模,阐述了这两种建模策略的联系和区别,并详细说明了其优缺点及应用场合,另外,也针对不同的建模策略介绍了运用不同建模思想进行热误差建模的基本步骤和相应的注意点,这为以后正确选择合适的热误差建模方法对机床热误差进行高效、准确建模提供了很好的理论分析。(4)分析了机床热误差-温度元素建模的基本原理思想与建模步骤,并针对本文研究的FA-32M数控铣床详细阐述了其热误差-温度元素建模的基本过程,包括实际热误差数值的精确高效测量方法、温度测点的合理选择与优化方法、温度测点温度值的测量与记录、利用适当的数学方法建立热误差-温度函数关系等,并且建立了预测准确性较高的热误差模型。(5)针对FA-32M铣床热误差的时序建模策略,详细阐述了其建模原理及实验步骤,包括热误差高效测量、热误差时间序列变化趋势分析,并提出了一种基于遗传算法的优化灰色模型建模方法,通过优化传统标准灰色模型中的相关参数,得到热误差的优化模型,再通过不同参数下模型及不同模型的预测效果对比,证明了此优化模型的优越性。(6)详细阐述了针对FA-32M数控铣床的FANUC 0i系列数控系统,利用外部坐标原点偏移补偿功能对其进行实时误差补偿试验,并通过第三方检验,评估此补偿方法简便、有效、准确。