超精密加工技术应用越来越广泛、零件形状越来越复杂。因此增加轴数是当今的发展趋势。然而,对于包括五轴超精密机床在内的超精密机床,其几何误差的测量方法中,直接方法不仅费时费力,还要结合经验判断;间接方法难滤除安装误差,并难对具体误差项评价。因此,本文以五轴超精密机床为研究对象,以球杆仪作为测量仪器,采用间接测量的方法,对五轴超精密加工机床的几何误差建模、测量方法与实验进行深入研究。主要包括以下几个方面:为了建立五轴超精密机床的几何误差模型,分析了五轴超精密机床的若干误差产生的原因及该误差对五轴超精密加工机床的影响;采用多体系统理论,根据机床的空间布局,得到其拓扑结构,建立了五轴超精密加工机床误差模型。为了测量五轴超精密机床的几何总误差,结合球杆仪的使用特点设计了一种在机床五轴联动时球杆仪朝向始终不变的测量方法,从而在该方向敏感的误差项组合在机床运行过程中始终不变;为了准确安装球杆仪到指定位置,分析了安装球杆仪的步骤及减小安装误差的措施;为了滤除安装误差,分析了安装误差产生的原因及其对测量结果的影响,并从YCX三轴联动与ZBX三轴联动的测量数据中,分别计算球杆仪两个精密球的安装偏差,并用于五轴联动的测量数据中滤除安装误差;为了评价插补过程是否产生影响,分析了插补误差的产生原因及其对测量结果的影响程度;对机床进行测量实验,将测量数据先后滤除安装误差和高频动态误差,得到几何总误差及其在X、Y、Z方向的分量。为了对机床的若干几何误差进行进一步评价并为机床提出调整建议,通过不同轴系数量联动运动的测量结果、正反联动运行的测量结果进行综合分析,确定了权重较大的误差项、不良的几何误差项及其影响较大的位置,为机床调整提出了建议;通过连续运行与断续运行测量对比,验证了用连续运行的测量结果解释几何误差、用低频信号描述几何误差的合理性;通过多次重复测量,证明了测量结果有较好的重复性。