五坐标机床结构复杂,涉及误差因素较多,加工成型机理也比三轴机床复杂的多。研究五坐标机床加工误差形成机理,对改进五坐标机床精度评价方法、提高五坐标机床的设计精度具有重要意义。围绕五坐标机床加工误差成因分析问题展开研究,从机床运动学模型以及工件几何特性两方面出发,建立机床几何误差参数到工件加工误差的映射关系,进而分析对工件加工误差影响较大的机床关键误差参数。基于多体系统运动学理论提出五坐标机床加工误差建模方法,结合S形机床标准验收试件侧铣加工误差的形成机理,提出试件误差空间建模方法。基于拟蒙特卡罗算法提出机床加工误差全局灵敏度分析方法,研究机床误差源参数与加工误差的固有属性关系。基于试件加工误差空间形貌,提出加工误差成因分析方法,研究机床几何误差对试件加工误差的作用机理。主要研究了以下内容:对基于多体系统理论的机床运动学建模方法进行了深入分析,建立机床零部件的位置和运动参考坐标系,将多体系统体间相对位置和运动关系描述为各坐标系间相对位置和姿态关系,推导体间相对位置关系模型和误差运动模型。在此基础上,结合机床拓扑结构,建立包含误差的整机运动学模型,进而推导机床加工误差模型。在机床运动学模型的基础上,推导对刀点、刀具中心点以及刀具轨迹的相对位置关系模型。机床的误差建模工作是开展后续研究工作的基础,基于多体系统理论的机床误差建模方法在机床建模领域中具有很强的通用性。建立机床几何误差模型可以反映加工过程中各几何误差参数的变化规律,是建立试件误差空间模型的关键所在。根据所研究机床的结构特征,基于线性函数和三角函数,提出拟合度较好的机床几何误差回归模型。研究了双摆头型五坐标机床与运动相关几何误差参数测量及辨识方法,该方法可以逐一辨识机床零部件在不同运动位置时的几何误差参数,为几何误差回归分析提供数据基础。研究了侧铣加工误差形成机理,由几何误差模型和机床加工误差模型,提出试件侧铣加工误差空间建模方法。该模型将机床几何误差与试件加工误差建立联系,可以作为表征试件加工误差的重要手段,揭示了机床几何误差参数相对对刀点的增量是导致试件加工误差的主要原因,为试件加工误差分析提供新的研究思路。S形试件的加工特性是由试件模型决定的,因此从S形试件的建模方法出发,研究试件模型精密插值方法、S形曲面扭曲导致的理论切削误差、曲面加工关键几何参数及几何特性,为试件加工误差分析提供精确的参考依据,为建立试件误差空间模型提供数据基础。以减小理论切削误差为目标,研究非可展直纹面侧铣加工刀具路径优化生成方法,进而获得优化的刀具轨迹,避免过大的理论切削误差干扰后续误差分析。提出基于拟蒙特卡罗算法的机床加工误差模型全局灵敏度分析方法。该方法将机床误差模型作为黑盒处理,将所有几何误差参数在定义域内的随机采样值作为输入变量,机床加工误差为输出值,根据各输入变量的方差对输出值方差的影响,评估各项几何误差参数对机床加工误差模型的影响程度。该方法可以用于分析试件局部加工误差的敏感参数,是本文提出分析试件加工误差的重要方法之一。在XKAS2525×60机床上进行几何误差检测和试件切削实验,建立单项几何误差模型以及试件加工误差空间模型。将误差空间模型展开,绘制考虑全误差因素的试件误差空间形貌和单项几何误差作用时的试件误差空间形貌。结合本文相关理论研究,分析各几何误差参数对S形试件误差空间形貌的影响规律。在此基础上提出S形试件局部加工误差成因分析方法和全局加工误差成因分析方法,获得影响S形试件加工误差的关键几何误差参数。实验结果证明提出的试件误差空间模型可以正确反映试件加工误差形貌,采用的误差成因分析方法可以有效确定影响试件加工误差的关键参数。