自由曲面不规则和多变的特点使其不但具有良好的光学性能，并能够缩小光学元件尺寸，让光学系统中的开创性设计成为可能。也正是基于这一特点，使得它最先是被航天，军事等尖端科学领域所关注，并开始承担重要的角色，此后由于其杰出表现，很快被诸如光学、汽车、电子、造船，甚至医学等领域所认可，并得到广泛地研究和应用。对于自由曲面的制造来说，基于快速刀具伺服系统的金刚石车削精密高效，是最有前途且较为成熟的一种方法。然而由于自由曲面复杂的面形特性，并且在应用中往往对其面形精度和表面质量的要求也较高，因此，对自由曲面加工系统误差的研究就显得格外的有意义了。本文对机床空间内可能的原始误差进行总结分析，同时以此为基础讨论了研究中所使用的搭载了快速刀具伺服系统的三轴金刚石车床的误差组成，针对构成其误差的主要因素（几何误差，热误差和动态误差）进行描述，并重点分析了机床运动误差及热量对自由曲面加工精度的影响，同时结合基于快速刀具伺服金刚石车削加工的特点，分析了引起动态误差的主要因素。文中建立了三轴金刚石车床的综合误差模型，其中采用齐次坐标变换的方法建立了占总误差大于70%的几何误差和热误差的模型，同时通过实时切削力对系统的扰动量的分析，最终建立了FTS系统的动力学模型。本文的实验部分主要是通过使用激光干涉仪分别测量X向导轨的直线度误差和定位误差。而后，先对所测得的误差分量分布特点进行分析，发现它们均具有良好的稳定性及可重复性，适合进行误差补偿的操作；再使用matlab采用一维小波分析原理对每项误差分量的均方差去噪，最终得到最为真实的误差拟合曲线。实验分析结果表明：若能够通过测量或辨识分别得到机床各部件的几何误差分量，将其带入上述几何误差模型中，可以得到机床总的几何误差的6个分量，而使用这六个误差分量分别对刀具路径轨迹的主要参数进行优化，最终能够采用FTS达到对几何误差进行补偿的目的。本文所建立的误差模型和实验研究为自由曲面车削刀具路径规划及误差补偿的深入研究奠定了一定的基础。