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机床精度及其特性是机床性能的重要指标。在机床的设计与制造过程中,机床精度侧重于制造与检测,而本文从机床整体性能出发,以机构学视角讨论机床精度设计,定义构件、运动副和机床整机误差,通过结构和工艺措施改进机床结构设计,提高机床精度及其特性。本文在国家自然科学基金(NO.51275067)和国家科技支撑计划(NO.2011BAF11B03)的资助F,结合工程实际背景,对机床精度静态特性与结构工艺进行了深入研究。主要研究内容如下：(1)提出了机床几何精度的机构模型。在机床静联接组件和动联接单元的机构等效基础上,通过极大极小值法进行瞬时轴线和实际运动轴线之间夹角参数的确定,从而定义出机床的构件误差和运动副误差。根据机床运动链末端参考点(工作台和刀具)误差矢量,构建机床构件和运动副精度的闭环方程,通过机构学方法建立机床运动链的几何精度机构模型。(2)建立了机床精度特性的弹性机构模型。分析了机床构件和运动副在装配制造、弹性变形等因素对精度特性的影响,提出了机床构件刚度和运动副刚度的等效,建立了机床运动链的弹性机构模型。进行了机床弹性变形的计算,分析了构件误差和运动副误差的精度特性分布规律,得到了机床构件误差和运动副误差对机床运动链误差的贡献率为机床精度静态特性改进提供依据。(3)分析了机床构件结构的精度特性。依据机床精度特性的弹性机构模型,以及构件误差对机床整机精度的贡献率,基于机床结构的几何、工艺和载荷约束等基本特征,讨论机床构件结构如何改进设计,并对立柱、床身、主轴箱等构件进行了结构改进设计计算。对机床结构改进后的运动链精度特性进行了分析,得到了运动链在结构改进后的精度分布规律,形成了机床构件精度的改进设计方法。(4)形成了机床精度特性的运动副改进工艺。分析运动副误差对机床整机精度的贡献率,通过机床的弹性机构模型,比较理想状态和预变形状态对应的运动副误差,形成了机床导轨预变形参数设计方法。该方法以装配特征模型为基础,以多工况变形规律为依据,以提高机床装配性能为核心,并试验测量机床预变形装配后的精度特性。采用预变形装配工艺后,机床X轴直线度EZX为2.4μm,Y轴直线度EZY为2.1μm。机床Z轴直线度EYZ为3.2μm,Z轴和Y轴垂直度SYZ为5.2μmm,与预变形前误差相比降低了75.62%,说明该方法可有效提高机床的精度静态特性。