多轴数控机床由于其灵活性和快速加工复杂表面的能力在现代加工工业中发挥着越来越重要的作用。为满足产品的精度水平和日益提高的质量要求，高精度性能成为目前数控机床的最基本需求。多轴数控机床由直线轴和旋转轴串联组成，旋转轴可以是转台或者摆头。本文基于多体运动学的理论，建立了单转台，双转台数控机床的误差模型，对旋转轴的几何误差的测量和辨识进行研究。并根据辨识结果实现了旋转轴几何误差的补偿，提高了机床的精度。本课题的研究内容包括建模，测量，辨识和补偿四个部分。其中建模部分应用齐次坐标变化矩阵理论，建立了多轴机床结构模型，并加入几何误差项。在此基础上作者还推导了刀具相对于工件的理论变换公式和误差变换公式，并对双转台的机床进行了几何误差建模。本课题分别针对单旋转轴和双旋转轴的机床模型提出了基于球杆仪的测量方法，值得一提的是在单旋转轴的测量中，提出了可避免直线轴运动的测量方案。作者还基于VC++6.0软件开发了针对五轴数控机床几何误差球杆测量模拟器，通过程序实现了误差对球杆仪测量轨迹的模拟，用户可根据模拟器的结果定性分析测量结果。最后作者通过获取球杆仪的测量数据，计算出几何误差项的数值，并应用该误差和机床模型实现对数控机床几何误差的补偿。应用本文提出的几何误差测量和辨识方法，在双转台数控机床上完成了旋转轴的误差测量实验，辨识出单旋转轴和双旋转轴的几何误差参数，并根据辨识结果实施补偿，验证了本文建模，测量和辨识的正确性。