热误差是影响机床加工精度的关键因素,在机床总误差中占40-70%,严重影响加工质量。近年来随着现代工业的快速发展,“高精高效”的加工要求愈显急迫,实现机床热误差的有效补偿,同时保证加工过程的运行可靠性和稳定性,成为了目前亟待解决的问题。热误差建模、测量及补偿是热误差补偿控制系统的三个组成部分,在机床实际运行中,加工工况的复杂多变、测量系统的异常故障和补偿可能带来的机床冲击等不确定因素不可避免的会对系统造成干扰,影响热误差补偿控制系统的运行可靠性和稳定性。此外,目前国内热误差补偿的实施往往止步于数控系统之外,这在相当大的程度上降低了热误差补偿的效果,制约了热误差补偿技术的应用与推广。为此,本文围绕“面向嵌入式集成的机床热误差鲁棒补偿技术”展开系统深入的研究,重点解决机床热误差的鲁棒补偿方法和热误差补偿在数控系统的嵌入集成两方面难题。本文的主要研究内容如下：为了解决热误差模型对工况变化的鲁棒性问题,首先针对多种加工工况条件下的机床热特性,采用有限元分析方法,定性分析了机床工况—温升—热变形的瞬态和稳态特性,研究了工况参数与机床热特性之间的变化规律。继而,针对变工况参数对机床热特性的影响,开展多种工况下热误差的实验研究,研究机床在变工况下的温升—热误差规律,确定了影响机床热特性的特征工况参数(进给速度、主轴转速和环境温度),突破了传统的直接映射温度与热误差的建模方式,将特征工况参数引入热误差模型,建立了对工况变化具有强鲁棒性的混合参数LS-SVM机床热误差预测模型。为了解决热误差补偿对在线测量系统异常故障时的鲁棒性问题,对在线测量系统发生异常故障时的热误差补偿鲁棒保障技术进行了研究,提出了基于机床温度区域特征的在线测量系统故障诊断与自修复方法,引入假设检验和D-S证据理论算法准确诊断异常故障传感器,采用线性回归模型对异常数据进行自修复处理。实现在线测量系统在异常情况下的无中断连续运行,保证热误差补偿控制的连续性和安全性。为了解决热误差实时补偿在数控系统中的嵌入集成和补偿的鲁棒稳定性问题。对通用误差在数控系统的嵌入式补偿方法进行了深入研究,提出了嵌入式前馈热误差补偿方法。通过对数控系统内核的深入分析,设计了误差补偿在数控系统三个层次的嵌入接入方式。进一步,为了解决热误差补偿可能带来的机床冲击,对嵌入到内核插补层的实时热误差补偿进行了补偿稳定性研究,给出了基于稳定性约束的误差补偿算法,实现对位置相关和位置无关热误差的具有鲁棒性的稳定补偿控制。最后,为了解决热误差补偿控制系统在数控系统的嵌入式集成问题,深入研究了基于现场总线的华中8型数控系统,在其二次开发集成平台的支持下,研制了热误差补偿控制的测量与建模单元,并通过现场总线技术实现了与数控系统的集成,同时,采用在数控系统内核插补层的接入技术,实现了实时热误差补偿模块与数控系统的深度融合。对所研究的热误差补偿控制技术进行了现场测实验证,通过在两种机床上进行的测试实验,验证了嵌入集成的热误差补偿功能的有效性。