机械零件小型化发展是目前研究的一个趋势,微小型零件具有占用空间小、能耗低、节省材料等优点。这类零件常应用于航空航天仪器、核工业、微小发动机喷嘴等关键系统中。其多为形状复杂、加工难度大类型零件,并且需要多工序加工,进行多次装夹。但是复杂精密微小型零件多工艺加工过程中的误差控制却一直未能得到完全解决,重新装夹误差和加工切削力影响不能忽略。为了实现此类零件在加工换位操作中对误差值进行有效控制,需要采用高精度零点定位装置来实现,但是目前已有装置尺寸多数较大,且多用于普通加工精度的生产中,用于提高加工效率,其精度指标尚不能满足超精密领域使用要求。因此,需要研究高精度高刚度的小型零点定位装置,以实现对精密微小零件精度形成过程的控制。本文结合国内外产品的设计原理与方法,开展高精度快速随行定位、定心原理研究。依据给定技术指标和功能要求,进行高精度零点定位装置方案设计,得到两种设计方案,并对两种设计方案进行校核计算。在对比分析各自优缺点之后依据论文要求选择合适的方案,得到最终设计方案。为了实现零点定位装置最重要的精度技术指标,需要对误差情况进行详细的分析。首先对零件加工过程的各项误差因素进行分析,对其中的装夹误差进行控制。根据零点定位装置误差产生类型,分别计算定位过程产生的定位误差值,由技术指标要求进行定位零件公差设计,从而使总体误差值满足要求。力学仿真分析是进行优化设计的重要步骤,首先对设计装置和国际常用的3R装置的刚度进行了分析,并改进设计使得设计装置的刚度得到有效提高。依据计算得到的夹持力分析装置在工作状况下的零件变形和应力分布情况,保证装置能够在使用中正常工作。最后计算切削力并分析装置在工作状态下合力作用时对被加工件的加工精度影响情况,指导加工参数的选择。为了得到零点定位装置技术指标,首先进行精度测量实验。利用设计的实验原理和搭建的设备分别测量了两种装置的精度情况,利用其中一台已有零点定位装置测量结果和标称值对比结果验证实验方案可行性,对所设计装置进行测量,得到其精度值满足指标要求。利用搭建设备测量了System 3R零点定位装置和设计装置的刚度值,与仿真分析的结果进行对比得出,所设计装置的刚度优于System 3R零点定位装置刚度,并分析了产生误差的原因。最后,在超精密五轴机床和检测设备上验证了设计装置的功能可行性,满足使用要求。