五轴数控机床在现代制造业的高速发展中至关重要,其加工精度和性能代表着制造业的发展水平,而几何误差作为影响机床加工精度的重要因素,一直是国内外学者关注和研究的热点。五轴机床的几何误差主要集中在平动轴与旋转轴部分,而旋转轴几何误差难以直接测量得到,测量标准尚未统一,其专用测量仪器尚未完善。本文将基于作者所在研究团队自主研发的非接触式R-test测量仪,以数控机床旋转轴为研究对象,对其几何误差的辨识方法展开研究,主要工作内容如下:首先对R-test测量仪的结构组成以及测量原理进行了描述;对仪器的安装误差进行了分析,其中包括R-test测量仪的测量坐标系相对于机床坐标系的设置误差、测量球偏心误差,并对这两类误差进行了补偿;针对R-test测量仪底座位于工作台的测量模式,对工作台旋转轴的测量情况进行了数据转换分析。其次提出了一种基于R-test测量仪的旋转轴结构误差的测量辨识方法。首先分析了机床旋转轴结构误差的组成,其中包括旋转轴轴线的2项位移误差以及2项垂直度误差;针对待测旋转轴建立旋转轴测量坐标系,然后在该坐标系下选择测量点,利用R-test测量仪在该测量点获取旋转轴各转角下的综合位移误差值,通过最小二乘拟合方法来得到旋转轴的4项结构误差。然后提出了一种基于R-test测量仪的旋转轴运动误差的测量辨识方法。首先对五轴机床的运动学进行分析,将五轴机床各功能部件视为多体系统,并为各典型体建立坐标系,通过相邻体坐标系之间的变换来描述体间的相互运动关系,从而得到工件与刀具之间的相互位置关系的理想运动学模型,在理想运动学模型的基础上对机床各运动体的几何误差进行分析,从而建立起旋转轴的几何误差模型,并对几何误差模型的灵敏度进行分析,提高了辨识结果的准确度。最后使用自主研发的非接触式R-test测量仪对GF UCP800Duro五轴数控机床工作台A、C旋转轴的综合位移误差进行测量,结合本文所提出的旋转轴几何误差辨识方法,分别计算得到A、C旋转轴的几何误差;然后对A旋转轴的几何误差进行补偿,补偿之后再次测量,观察A旋转轴的综合位移误差以及几何误差的变化。试验成果表明:基于R-test测量仪,本文所提出的辨识方法可以有效的解决数控机床旋转轴的几何误差辨识难题,并提高旋转轴几何误差测量效率和测量精度,有助于机床加工精度的提高。