本文在分析和研究国内外机械系统公差设计技术、机械产品可靠性理论、基于数学定义的公差建模方法以及机床热误差补偿技术的基础上，结合国家自然科学基金“一致性产品信息建模理论及复杂装备精度链设计方法研究”(51175161)、“基于MBD技术的复杂装备精度优化分配方法研究”(51305132)以及国家科技重大专项资助项目“高档数控机床与基础制造装备”(2011ZX04003-011)，提出了数控机床精度链设计方法，系统阐述了机床几何误差的形成机理、误差之间的传递关系、基于可靠度理论的机床输出精度评判依据、热误差建模及传递原理。本文的主要研究内容及创新点如下：第一章讨论了本课题的研究背景和意义，分析了数控机床误差起因，综述了新一代GPS几何要素的定义和分类、机床静动态精度设计方法、机械可靠性理论、公差建模理论的研究与进展，提出了数控机床精度链设计方法的定义，给出了本论文的主要研究内容及创新点。第二章系统介绍了多体运动学理论，在理论研究的基础上，针对大型数控龙门导轨磨床，运用多体系统理论和坐标变换方法，构建了包括21项参数的磨床几何误差传递模型，并通过九线测量试验方法，试验验证了误差传递模型具有良好的预测精度。第三章系统介绍了机械可靠性理论及可靠度求解方法，并将可靠性理论应用到机床精度设计领域，以上一章建立的龙门导轨磨床几何误差传递模型为研究对象，建立了满足磨床设计要求的加工精度可靠度状态函数。对磨床工作行程内的25组位置进行误差取样，采用响应面法建立可靠度近似模型，分析每组工作位置加工精度的可靠度。以25项可靠度的均值和最小值作为磨床加工精度性能的评判指标，针对最小可靠度对应的磨床工作位置，进行灵敏度分析，利用灵敏度对几何误差参数影响加工精度的重要度进行排序。根据分析结果，遵循精度均衡原则逐步优化误差参数的分布，直至可靠度的均值和最小值均满足设计要求。最后通过计算实例验证了基于精度可靠性理论的精度优化分配的可行性。基于数学定义的公差建模方法可以建立公差变动要素变动区间带宽与对应公差间的关系，但由于约束不等式的存在，两者之间无法通过常规方法建立明确的函数表达式，也就无法直接应用到公差设计当中。针对这一问题，本文第四章提出了一种基于蒙特卡洛模拟与响应面方法的公差建模方法。首先采用基于数学定义的公差分析理论建立公差的变动不等式与约束不等式，然后运用蒙特卡洛模拟法进行仿真试验，模拟实际公差表面的变动，生成公差变动要素的实际变动区间；以公差与试验得到的公差变动要素实际变动区间带宽值为建模样本，运用响应面方法建立两者间的响应面模型；运用该公差建模方法建立了平面尺寸公差、平面度公差、圆柱度公差以及轴线直线度公差的数学模型。最后以平面度公差为例进行分析，分析结果表明，该公差建模方法与现有公差建模方法相比，更加符合工程实际，且具有更高的建模精度及技术经济性。在综合前文研究成果的基础上，第五章以数控机床装配体为研究对象，详细介绍了数控机床静态精度链设计方法的设计流程。首先以平面装配结合面为例，详述了基于多体运动学理论的结合面误差建模方法，并以结合面误差模型为基础推导出了装配体的误差传递模型；根据实际要求和误差传递模型建立装配体装配精度可靠度状态函数，然后以装配体误差传递模型中包含的零部件表面为研究对象，建立其表面公差变动要素变动区间带宽与对应公差间的响应面模型，再结合装配精度可靠度状态函数，确定装配精度可靠度与公差间的响应关系；以装配体的加工成本为目标函数，以装配精度可靠度以及公差选用原则为约束条件，建立装配体的公差优化模型。最后通过一典型装配体静态精度链设计实例，验证了该方法的有效性。数控机床静态精度链设计方法包含了机床零部件公差建模、机床误差传递建模、机床输出精度评判方法以及公差优化建模的整个数控机床精度设计过程，进一步完善和深化了数控机床精度设计理论，为精度设计理论从理论研究走向工程应用打下了坚实的基础。第六章以动态误差中的的热误差为研究对象，在深入分析数控机床热误差形成机理的基础上，将基于神经模糊控制理论的建模方法应用到数控机床热误差建模当中，详细论述了热误差模糊神经网络的结构及建模原理，并通过对比实例验证了该建模方法具有更好的建模鲁棒性及模型预测精度；将基于多体运动学理论的误差传递建模方法引入到热误差设计当中，提出了热误差传递模型的建模思路，对动态精度链设计方法的研究进行了尝试。第七章概括了全文的主要研究内容，并对数控机床精度设计研究进行了探讨和展望。