五轴联动数控机床是复杂曲面零件的重要加工装备，在航空、航天、能源、船舶、汽车和医疗器械等领域都发挥重要的作用，其刀尖点位置精度和刀轴方向精度是保证零件加工质量的关键。目前常见的机床精度测量仪器，如球杆仪、激光跟踪干涉仪、R-test旋转轴检测仪都只针对刀尖点位置误差进行测量，而忽略了刀轴方向误差。本项目设计了一种刀尖点位置误差和刀轴姿态误差同时测量装置，并进行机床误差评估等理论研究。

设计一种刀尖点位置误差和刀轴姿态误差同时测量装置，包括装置的电气系统设计，结构设计及结构参数优化，测量原理设计，装置标定方法，数控系统软件二次开发等，实现0.005mm位置测量精度和0.003°角度测量精度的技术指标。此外，还要对五轴机床的误差进行分析和评估，包括机床旋转轴位置无关误差的辨识方法，机床运动误差综合测评方法，机床空间误差和伺服控制误差的补偿方法等。

提出了五轴龙门机床刀尖点位置和刀轴姿态测量原理及标定方法；设计了测量装置的外壳和电气系统，对装置结构参数进行了分析和优化；基于西门子 SINUMERIK 840D 数控系统进行软件二次开发，实现了测量装置与数控系统的无线通讯；提出了基于刀尖点位置误差和刀轴方向误差测量数据的机床位置无关误差辨识方法；分析了锥形测量轨迹和S形测量轨迹对机床不同误差源的灵敏度；对机床的误差补偿进行了理论分析；测量装置在 AC 双摆头五轴龙门机床上进行了实验测试，静态测量精度达到0.005mm位置测量精度和0.003°角度测量精度。