航空飞行器及航天运载火箭等领域大量采用结构复杂、质轻强度高的薄壁类零件,五轴联动数控加工因其在刀具位姿控制、联动控制和刀具可达性等方面无可比拟的优势,成为复杂薄壁结构件制造最重要的加工手段。由于数控机床零部件生产与装配过程中不可避免的存在误差,以及机床使用过程中出现的磨损与微小变形,导致机床各运动轴存在几何误差,影响机床空间精度。特别是五轴联动数控机床,由于运动轴数多、传动链长及运动轨迹非线性,难以保证整个运动空间的高精度指标。同时,考虑到薄壁件弱刚性等物理因素,加工过程中工件受切削力、切削热发生弹塑性变形,造成加工件的欠切或过切。综上,机床几何误差和切削变形误差将严重降低复杂薄壁件的加工精度。本文以提高薄壁件五轴数控铣削精度为目标,从铣削设备和加工工艺两方面考虑,以补偿机床几何误差和薄壁件切削变形误差为研究视角,分析两种误差对加工精度的影响,并以接触式测头为测量手段,首先研究了五轴数控机床几何误差的识别与补偿方法,实现机床自身精度的提升以搭建原位测量平台,然后研究了薄壁件五轴侧铣变形误差的原位测量与补偿加工方法,实现复杂薄壁件加工的精度。主要研究内容和创新性成果如下:规范了五轴数控机床旋转轴位置相关几何误差的定义与建模方式。发现现有文献中存在两种不同的旋转轴几何误差定义方式,即基于工作台偏移和基于旋转轴线偏移的旋转轴几何误差定义,两种定义方式常被混为一谈,混乱使用容易造成几何误差测量和补偿失败。根据运动学模型分析了两种定义方式的特点及其联系,并判别出更合理的定义方式。设计了利用接触式测头测量并分离旋转轴位置相关几何误差的算法。根据接触式测头的测量特点,通过测量多个点拟合评价点的方式进行测量,确保能够获得评价点的准确坐标。通过包括几何误差的旋转轴运动学模型,分析了旋转轴几何误差的耦合现象。通过合理选择测量点分布,消除了旋转轴几何误差的耦合现象,实现了旋转轴几何误差的测量与分离,测量过程简单快捷。在AC双转台结构五轴数控机床上进行了测量实验,结果显示方法能够快速识别两个旋转轴包含的所有几何误差。设计了具有补偿五轴数控机床所有几何误差功能的综合后置处理算法。根据齐次坐标变换和多体运动学建立了考虑几何误差的机床运动学变换模型,实现了由机床几何误差引起的加工误差的预测。通过建立机床坐标系下运动轴运动与工件坐标系中刀位移动的微分运动关系,利用最小二乘法,建立基于调整数控代码的机床几何误差补偿算法。该算法能够根据CAM软件规划的刀位文件和已经识别的机床几何误差数值,直接生成补偿了机床几何误差的加工代码,即具有机床几何误差补偿功能的后置处理器。实验表明,方法能够有效补偿因几何误差带来的加工误差,加工精度提高76.9%。提出了薄壁件侧铣过程中加工误差的原位测量与补偿方法。利用接触式测头实现薄壁件曲面加工轮廓的原位测量,建立了基于刀具包络面计算的变形误差评价。相对于三轴铣削,五轴侧铣增加了两个自由度控制刀具姿态,使得变形误差侧铣补偿刀路优化更加复杂。本文提出了侧铣补偿刀路调整算法,将复杂的三维空间刀具位姿优化在各刀位处拆分为二维平面位姿调整,实现了修正加工误差的刀路轨迹规划。针对叶轮叶片进行实验,证明方法能够有效提供加工精度,结果提高69.8%。综上所述,本论文通过补偿机床几何误差提高机床空间运动精度和接触式测头的原位测量精度。进一步的,利用原位测量对薄壁件切削变形误差进行检测,并通过自适应加工策略,完成薄壁件变形误差补偿,实现了复杂难加工薄壁件“加工-测量”一体化闭环控制铣削精度。