提高机床几何精度有误差防止和误差补偿两种方法。误差补偿法使用软件技术,不仅可以提高制造数控机床的精度等级,对现有数控机床的精度进行升级,而且具有低成本、易实现等特点,因此具有重要的理论和实际意义。近年来,国内外学者开展了大量的研究工作,取得了一定的进展。但是,总体而言,数控机床刀具相对工件的综合几何误差建模、原始误差项的快速测量与识别、综合几何误差补偿技术等还存在较大差距。为此,本文针对上述问题开展了深入系统的研究,取得的主要研究成果如下:应用多刚体运动学理论,进行了误差建模研究:研究了三坐标机床刀具相对工件综合几何误差与原始误差项之间的映射关系,建立了立式加工中心综合几何误差补偿方法;研究了五坐标机床刀具相对工件位置及姿态的综合几何误差与原始误差项之间的映射关系,建立了工作台回转/摆动型(RRTTT)五轴数控机床综合几何误差的补偿方法;探讨了任意结构数控机床综合几何误差的变换矩阵。提出了数控机床原始误差项的两种快速、低成本测量与识别方法:九线测量法,利用激光干涉仪,推导了九条单坐标移动坐标误差和直线度误差与原始误差项的映射关系;1-D孔列的T形检具测量法,利用T型检具上两个相互垂直的1-D孔列,推导了原始误差项的测量与计算方法。在此基础上,研究开发了相关的检测装置和数据处理系统。利用数控机床综合几何误差模型,建立了定位运动、直线插补运动、螺旋插补运动的综合几何误差补偿计算方法,以及插补运动误差补偿过程中的间隙补偿方法;提出了在华中数控系统上实现综合几何误差动态补偿的方法。建立了数控机床综合几何误差补偿的实验验证系统,在此系统上,实现了定位运动误差补偿、单轴运动综合几何误差补偿和两轴运动综合几何误差补偿的实验验证。实验结果表明,本文建立的综合几何误差模型、机床原始误差项检测方法、以及综合几何误差补偿方案是行之有效的。