一种超精密磨削温度补偿仪及磨削加工工艺，包括补偿仪、三轴工作台组件、测量仪、样品固定架工作台组件、样品固定组件、标准样品；温度补偿仪将磨削加工中循环使用的冷却液通入温度补偿仪的加热盘中，利用加热盘加热标准样品，使标准样品温度与被加工零件的温度保持一致；然后利用测量仪测量标准样品的尺寸变化量，将尺寸变化量反馈至加工磨削机床，补偿被加工零件因温度变化产生的误差，从而解决了因热胀冷缩现象导致超精密磨削加工时的零件尺寸超差问题；使用本发明的温度补偿仪，无需将磨削机床和被加工零件放置在恒温环境中，只需按照一定工艺就可以使超精密磨削加工在常温下进行，因此具有对环境条件要求低、加工周期短、成本低的优点。