数控机床的误差测量是误差补偿的关键。本文针对一种新型数控机床精度检测装置——三维步距规进行研究,建立了三轴数控机床的误差模型,对三维步距规测量机床误差的特性进行了深入的探讨。主要内容包括一下几方面:首先,分析了国内外数控机床误差测量以及误差建模的现状,明确了数控机床误差测量的主要目的和方法。分析了各种误差测量仪器的优缺点,说明了开发三维步距规装置测量误差的重要性。其次,对三维步距规装置的具体结构进行了说明;介绍了三维步距规装置的误差测量原理,详细推导了装置的空间离散点微位移测量以及空间步距间偏离位移测量计算公式。分析了装置的误差测量精度,确定了各项因素,尤其是装置制造误差和安装误差对装置测量精度影响。再者,对三维步距规装置的标定和测量方法进行了研究。对锥体系数标定方法进行了研究和实验,分析了锥体系数标定过程中锥体制造误差对测量精度的影响。分析了装置测量过程中二次装夹引入测量误差的原因,提出了通过对装夹姿态的限制减小测量误差的方法。还对装置测量过程中可能对装置测头传感器造成损害的一些操作作了详细说明。最后,对三维步距规装置进行数控机床误差测量试验验证,在分别完成位置标定与位置测量后,计算出了测量机床相对于标定机床的误差值。同时,还进行了平面光栅测量机床误差的实验,为验证三维步距规装置误差测量的准确性提供了依据。通过对比两种仪器得出的实验数据,证明三维步距规装置在机床误差测量方面具有较高的精度。结合数控机床的误差辨识模型,推导出基于三维步距规的数控机床空间几何单项误差分离辨识的误差模型。为数控机床出厂精度检验以及使用后期精度恢复提供了参考和补偿的依据。三维步距规装置具有方便快捷,测量精度高,测量成本低等特点非常适合推广应用,对提高机床制造精度具有重要意义。