随着现代制造技术的不断发展,对精密加工技术提出了更高要求。误差补偿已成为提高机床精度和改善机床性能的重要途径之一。因此,对数控机床三维空间误差补偿技术进行研究具有十分重要的意义。结合国家自然科学基金资助项目“高速机床运动部件多孔金属拓扑可调热结构新构型的研究”(No.50675199)和“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项“基于敏感点监测的闭环动态综合补偿技术”(No.2009ZX04014-026)的研究任务和国内外研究现状,本学位论文采用理论研究、计算机仿真与实验研究相结合的研究方法对数控机床三维空间误差的建模及补偿技术进行了研究。取得的主要研究成果归纳如下:通过对多体系统理论的休斯敦方法的研究,以三轴立式数控机床为例,分析计算其拓扑结构及低序体阵列、机床约束条件和误差变换矩阵等,建立了具有简洁方便、程式化和通用性好等优点的数控机床三维空间误差模型。分析了9线法、12线法和分步对角矢量测量等方法,揭示了激光分步对角矢量测量方法与误差模型的内在关系,重点探讨了误差分离技术,并推导了各项误差源的计算方法,即线性定位误差、直线度误差、偏角误差和垂直度误差。重点研究浙大自主研发的开放式数控系统的三维空间误差补偿功能,提出了空间三维补偿表的补偿细化和精化的补偿思路,建立了机床工作空间与空间误差的映射模型和三维补偿表,为实现精确的误差补偿奠定了基础。开发了数控机床三维空间误差的快速分析软件,集成了建模、测量及补偿于一体。其功能包括分析处理测量数据、分离各项误差源、可视化结果,并且针对不同的控制系统生成相应的补偿文件等。并通过仿真实验验证了分析软件平台的可靠性和快速性。最后,展开了数控机床三维空间误差补偿实验,传统激光测量与激光分步对角矢量测量的对照实验和基于开放式数控系统的空间三维位置补偿实验。实验结果表明:本论文建立的三维空间误差模型、推导的误差分离技术和基于三维补偿表的位置补偿方法是行之有效的。