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机床制造是我国制造业的支柱产业。随着机床结构的集成化和自动化的发展趋势,以及高精度、高效率及高质量的生产要求,机床的加工精度受到了广泛关注。加工精度在线测量与误差实时补偿技术的应用,能适应零件一次装夹即可加工完成的功能特点,在确保零件加工精度的同时,极大缩短了零件周转时间,提升了机床的生产效率。本课题以国家重大专项“高精度数控齿轮加工机床箱体类零件柔性制造系统核心技术研究及应用示范工程”为研究背景,以四川普什宁江机床厂生产的精密卧式加工中心THM6380为实验对象,研究了机床加工精度在线测量系统总体设计、误差建模和误差实时补偿等问题,并给出了相应的解决方案。本文主要研究内容如下:(1)首先分析了机床加工精度在线测量系统的测量原理及完成测量的几个主要步骤,针对数控机床的主要组成部分:机床本体、伺服系统、数控系统、测量系统及计算机系统等简要介绍了测量系统的总体结构,深入分析了影响测量系统的各项影响因子的基础上,得出影响测量精度的主要因素。从机床几何误差、热误差及测头系统误差三个方面,阐述了测量误差产生的原因;(2)以THM6380为研究对象,分析了机床的拓扑结构及其低序体阵列,建立了基于多体系统理论的机床几何误差预测模型。为测得机床各轴的几何误差参数,本文提出用九线法和球杆仪来测得所需参数,并且通过测量实验验证了模型补偿方法的有效性;(3)用灰色关联度理论从机床初始的八个温度测量点中计算选取了四个关键温度测量点,在此基础上建立了灰色GM(1,4)机床热误差预测模型,该模型搭建了机床热变形与温度测量点之间的映射关系,可根据机床加工环境及自身温度变化来计算机床热误差,并通过对比补偿前后的实验数据,验证了该补偿方法的准确性;(4)在分析了测头系统误差产生机理后,文章提出用测头半径补偿来减少测头系统的测量误差。文章建立了测头系统测头标定的数学模型,提出了使用双线性插补的方法对测头系统的测头半径补偿,并通过实验验证了该补偿方法的正确性。(5)以精密卧式加工中心THM6380为实验对象,共进行了无误差补偿、测头误差补偿、机床误差补偿和整体误差补偿四组测量实验,并对实验结果进行了对比分析。