主轴回转精度是评价机床加工性能的重要指标,对回转精度进行精密测量可以监测机床的运行状态,得到的回转误差值是进行运动补偿提高加工精度的基础。为了满足主轴回转精度的精密测量需求,本文提出一种测量距离自适应的光纤式激光外差测量技术并进行了系统设计。光纤探头的出射光准直度高且光束集中,结合测量原理实现了设定范围内的距离自适应检测;光外差的应用使回转精度测量达到微纳米的精度级;在频谱分析的基础上应用二次自相关频率校正算法处理信号,提高了测量信噪比。首先对回转误差的评定方式和光外差探测的数学方法进行研究,建立了高精度的回转误差检测数学模型。测量模型以激光多普勒原理为基础,采用声光调制技术获得100MHz的稳定频差构成光外差测量光路,使系统具有较高的测量精度;对光纤的传输特性进行研究并代替传统空气光路,增强系统的抗干扰能力;在双光纤探头的基础上推导了基于双向测量和反向法的误差分离模型。然后根据测量模型,对所需的关键器件进行性能考察和选型工作后,设计了整体测量光路以及电路模块。自聚焦耦合器提高了测量光的准直度,配合测量模型与距离无关的特性构成自适应的测量探头,降低了光路调试难度,提高了测量系统的适用性和测量效率;光强测试确定了500mm的自适应检测阈值,确保距离调节范围内测量系统的高信噪比;针对光电探测器输出信号噪声较多的特点,设计了信号调理电路对光电流进行放大选频、解调和滤波,实现了多普勒频移信号的筛选。接着在频谱分析得到粗测频率的基础上采用自相关算法,将多普勒信号进行二次自相关运算得到信号频率的校正值,提高了频谱分析的精度;在PC端进行LABVIEW和MATLAB联合编程实现信号处理算法和人机交互界面的设计,将多普勒信号换算成测量结果显示在PC端界面,完成了测量系统的整体设计。最后进行测量实验和系统的不确定度评定。针对实验室的Cincom-A12型数控车床主轴进行多种转速下的径向和轴向测量对比实验,并验证了探头距离自适应的可行性和圆度误差分离模型的实用性。系统的不确定度评定表明主轴在1200r/min的转速下,最大径向回转误差有效值为11.732μm,合成标准不确定度为3.746?10^-3μm,系统达到了微纳米的测量精度,具有较高的可靠性,有一定的实用价值。