数控机床作为现代制造加工业的“工业母机”,是衡量国家制造业的重要标志。随着技术的发展,对机床加工精度的要求越来越高。目前,由于机床空间误差较大导致零件加工精度不足的问题严重制约着国产数控机床产业发展,已成为我国数字制造装备精度领域亟待解决的重大共性问题。为此,研究建立完备的机床空间误差预测模型,并基于此探索机床空间误差补偿策略与实施技术具有较高的理论意义和工程价值。空间误差是机床几何误差元素综合作用的结果,直接影响机床的加工精度。目前,针对机床空间误差的研究主要集中在误差补偿阶段,即:建立机床空间误差模型——辨识与空间误差模型有关的几何误差元素——进行空间误差补偿。从而达到减少机床空间误差,提高加工精度的目的;针对机床空间误差逆向反演的探讨则相对较少,而准确甄别机床关键几何误差元素是开展空间误差逆向反演的核心工作。在进行机床空间误差建模时,空间误差模型存在缺失若干几何误差元素的问题,直接影响着机床空间误差的预测精度,即空间误差模型完备性缺失;在进行误差补偿过程中,现阶段补偿技术中存在补偿残差的局限性,直接影响补偿效果;在进行空间误差逆向反演时,在反演准确性与有效性方面均具有一定局限性,可能导致机床在精度设计阶段缺乏经济性、合理性及稳健性指导。因此,以某型卧式加工中心为研究对象,针对目前技术中存在的问题,进行空间误差补偿技术研究以及关键几何误差元素的甄别。主要成果如下:(1)以多体系统理论及齐次坐标变换为理论基础,在充分考虑体间坐标系初始位置关系及原始误差特征矩阵的基础上,建立机床空间误差完备预测模型,使其包含机床全部几何误差元素;(2)构建机床几何误差元素与测量偏差的映射模型,并通过测量实验对各几何误差元素进行辨识;(3)针对传统基于NC代码的空间误差补偿技术中存在残差的局限性,提出将NC代码坐标的逆向叠加求解过程转化为最优化设计问题,并借助遗传算法对该问题进行优化求解,达到消除空间误差补偿残差的目的。之后进行体对角线定位精度测量实验对空间误差完备模型和优化补偿策略进行验证;(4)在传统灵敏度分析基础上,提出并构建几何误差元素实际参预度分析模型,对加工中心空间误差在各轴方向的关键几何误差元素进行准确有效甄别;(5)基于Matlab GUI平台开发出数控机床空间误差补偿软件,工程师通过设置相关参数、导入测量数据,即可生成NC补偿代码,直接用于加工生产。研究成果可为探索数字制造装备精度问题以及数控机床精度稳健设计方法提供较重要的理论与工程技术支撑。