机床设计与制造水平的高低，表征了一个国家的国民经济和国防实力的强弱。研究机床部件公差的累积规律，可以检验机床公差分配和调整后是否达预定要求，最大限度地避免返工，提高产品的设计和生产效率。目前，我国公差设计手段较为落后，国内机床企业在机床精度设计与控制工作中缺乏定量分析手段。如何将公差设计与机床精度分析结合起来以实现公差的优化设计，是一个亟待解决的问题。　　本文在分析了国内外机床精度建模与分析和数字化公差设计与优化的研究现状基础上，结合国家自然科学基金（“基于数字化误差效果预测的机床设计精度控制原理与方法”51075419），研究了基于几何要素自由度约束的机床公差控制效果预测原理及方法，并用实例验证了其正确性和有效性。本论文的主要研究内容如下:　　1）给出了基于公差控制效果预测的机床公差分析与优化方案。描述了建立机床误差模型常用的多体系统运动学和齐次坐标变换原理。介绍了公差的相关理论，如点的空间运动、几何要素、公差带、公差变换矩阵等。提出基于公差控制效果预测的机床公差分析与优化的具体方案。　　2）提出了机床公差控制效果预测的实现方法。首先，建立基于几何要素自由度约束的数字化公差模型。根据公差的定义，基于几何要素的自由度分析，采用不等式约束方程的形式建立各公差带的数学模型。其次，建立机床空间误差模型。最后，通过MATLAB软件，利用蒙特卡洛法预测了公差控制的机床空间误差；利用单项公差的作用规律及正交试验分析结果对公差进行有针对性地优化。公差的对外作用语义表示为齐次坐标变换矩阵的形式，可以将公差数学模型与系统误差模型统一起来，实现公差控制效果的数字化预测。　　3）以一个实例阐述了基于几何要素自由度约束的机床公差控制效果预测的具体实施方法，验证了其有效性。