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在基础制造装备领域,五轴数控机床由于其优越的加工性能而显得越来越重要。五轴数控机床包括移动轴和旋转轴,对于移动轴几何误差的测量与建模已有相对比较成熟的理论和方法,而对于旋转轴,目前缺少一种系统的研究方案。为此,本课题致力于研究五轴加工中心旋转轴几何误差测量和建模,并进行几何误差测量实验,为改善机床精度奠定基础。本文开展了以下研究内容:(1)提出了五轴数控机床单旋转轴和双旋转轴几何误差测量实验方案。一种是利用标准轴测量工作台中心定位孔的三项跳动误差;另一种是利用雷尼绍XL-80激光干涉仪测量旋转工作台的转角定位误差、轴向窜动误差以及径向跳动误差。通过几何误差辨识方法将其转化为C旋转轴的六项基本几何误差。标准轴测量结果作为修正激光测量误差的参考,从而得到激光干涉仪测量方案所引入误差大小,为提高误差测量精度提供理论依据。利用雷尼绍XL-80激光干涉仪设计了同时测量两个旋转轴的4项位置误差以及4项垂直度误差测量实验方案,为后续研究五轴加工中心其它运动轴的误差测量方案以及机床几何误差补偿奠定了理论基础。(2)基于微分变换法建立数控机床41项几何误差、BC双旋转轴20项几何误差数学模型。首先,在齐次坐标变换理论的基础上,根据机床的拓扑结构建立各个运动轴所对应的齐次坐标变换矩阵。其次,根据两个坐标系之间的齐次坐标变换理论得到其微分变换矩阵。接着,将每个轴的微分运动矢量用其对应的误差项表示,然后将其相加可得到刀具末端在刀具坐标系下的运动矢量,最终将其转化为工作台坐标系下即可得到数控机床41项几何误差模型以及BC双旋转轴20项几何误差数学模型。(3)进行了旋转轴误差测量实验。实验以多齿分度台为测量对象,将多齿分度台平放和侧放分别视为五轴数控机床的C旋转轴和B旋转轴,采用千分表配合所设计的零部件,依次测量出C轴和B轴沿X轴方向的径向跳动误差、沿Y轴方向的径向跳动误差、沿Z轴方向的轴向窜动误差,最终通过相应的辨识方法得到多齿分度台的三项角度转动误差,验证了该辨识方法的准确性,得到了旋转轴具体的空间误差模型。同时,对分度台安装杆的安装误差以及测量系统误差进行分析,为提高几何误差测量精度奠定了理论基础。