机床是制造的母机,主轴的回转误差是影响机床加工精度的重要因素。在机床设计、制造、使用和维修过程中,提高主轴的回转精度是一项关键的技术内容。因此,机床主轴的回转误差测量和测量精度提高成为重要的技术问题。空气静压主轴是高精度主轴的代表,研究其回转误差的高精度测量和动态测量技术具有普遍的现实意义。在国内外相关文献研究的基础上,提出了三种误差分量(径向回转误差、轴向回转误差、角度摆动误差)确定主轴轴线空间位置偏差的一般主轴误差模型,为主轴回转误差系统完整描述提供了有效的方法,为测量技术研究奠定了好的基础。针对目前国家标准推荐的检验棒方法在实际应用中精度低的问题,论文以提高主轴回转误差测量精度为主要目标,系统地研究了基于标准球的测量方法(简称“标准球法”)。以标准球作为测量基准,较好解决了现场在位测量所需的高精度测量基准问题和检验棒(柱面)安装找正通用性差的问题。为获得更高的主轴回转误差测量精度,研究应用误差分离技术,显著降低了标准球对主轴轴线安装偏心和标准球圆度误差的不利影响。针对误差分离算法的精度问题,通过仿真实验验证了滤一次谐波能显著降低安装偏心对测量精度的影响,并且仿真了反向法、三点法、多步法的分离精度,结果表明反向法的误差分离精度最高。本文提出的双测头法是建立在反向法基础之上的误差分离方法,既具有反向法算法简单的特点,又能降低反向安装传感器所带来的位置误差,适合主轴回转误差高精度测量的需要。基于以上理论研究建立了实验平台,设计了简单有效的调偏心机构,在Labwindows/CVI语言基础上开发了包括误差分离算法等功能的多种软件模块,完成了单测头法主轴径向、轴向回转误差高精度静态测量实验和双测头法主轴径向回转误差动态测量实验:静态测量主轴的径向回转误差小于0.1μm,并得到陶瓷球的圆度误差为0.06μm,重复精度0.01μm;动态测量的主轴径向回转误差为0.5μm,重复精度为0.12μm,钢球圆度误差为0.35μm,重复精度为0.05μm;轴向回转误差值小于0.2μm。静态测量结果与圆度仪测量结果比对,偏差在合理范围内,动态测量受测头性能的影响,有一定的偏差。