在超精密主轴回转误差的测量中,主轴回转精度的测量不可避免会混入被测件本身的形状误差,而对于高精密主轴回转精度的测量,混入的形状误差不能忽略,因此主轴回转精度测量技术的研究焦点在于误差分离技术的研究。本文以空气静压轴承主轴作为研究的对象,在对三种主要误差分离技术深入研究的基础上,结合传统的双向测量法和反向测量的误差分离法,运用了一种简便、准确的回转误差测量方法——标准球单点双向测量法,成功地实现了误差分离。首先研究主轴回转误差理论,针对主轴回转误差中的周期性信号进行研究,运用傅立叶多项式对周期性信号进行函数描述。其次分析标准球单点双向法中测量误差的组成,运用傅立叶变换分离了标准球安装偏心,反向法分离标准球的形状误差,多角度法分离轴向、径向误差。设计了超精密轴系回转误差的测量系统,采用标准球、高精度电容测微仪等组成测量系统;完成了触摸屏与PLC组成的电气控制系统设计,设计纯力偶柔性联轴器以减少电机轴与主轴连接时由于偏心、振动带来的回转误差。研究对圆度误差和主轴回转误差的评定,选用最小二乘法对主轴回转误差进行评定,用VB编程实现误差分离的复杂运算,得到了最终的误差评定。分析了空气静压轴承主轴圆度误差与主轴回转误差的关系,对空气静压轴承回转误差产生机理进行静力学模型分析,得到了不同节流孔的空气静压轴系的误差均值系数。对本测量系统进行了误差分析,并对误差进行抑制。最后实验验证了本测量系统的测量准确性和空气静压主轴回转误差静力学模型的正确性。