在超精密加工领域,影响零件精度的重要因素是机床的主轴回转误差,研究超精密机床的主轴回转误差不仅可以用于评估主轴的回转特性、检测机床主轴的运行状态,并且可以预估机床在加工零件时的误差来源,还可以为加工误差的补偿提供数据来源。而慢刀伺服加工技术由于其具有工作行程大、可加工大型连续的复杂零件、高效率、高精度等优点,被广泛应用于自由曲面的加工。本文主要以美国摩尔450超精密车床为主,针对该车床的主轴回转误差进行相关研究,并且提出一种可行的在线测量方法。在实际的主轴测量中,通常采用间接测量的方法:即通过测量安装在主轴上的标准元件（表面质量高的圆球或者圆柱）,以标准元件作为测量基准。然而在这个测量过程不可避免地会引入标准件的安装偏心误差及其圆度误差,因此需要采用误差分离的方法将主轴误差和圆度误差分离,常用的误差分离方法有反转法、多步法、三点法。考虑到在线测量的实现及机床的安装情况,本文以反转法作为误差分离的基础,将圆度误差分离出来后补偿回主轴的测量,从而实现主轴回转误差的在线测量,为了检验该方法的分离可行性,在Matlab上仿真模拟了反转法的误差提取过程。本文采用的标准件使用自身超精密车床进行二次加工后的圆柱体,很大程度上减少了安装偏心。针对反转法的原理,设计并搭建出主轴在线测量平台,主要功能是实现标准圆和传感器的180度反转,并且可以实时采集主轴的回转角度。该套测量夹具可以同时三个传感器的测量,并且为了调整测量位置而增加了微调结构。在经过温漂实验后,确保了夹具的稳定性,其刚度符合实验要求。经实验测量,不同转速下主轴回转误差的平衡位置也不同,且在同一转速下不同测量状态其平衡位置也不同,这进一步证实了主轴回转误差在线测量的必要性。在采用反转法测量后,先后得到两个工位的原始数据。经过傅里叶分析方法和最小二乘法拟合对比分离得到标准圆安装偏心误差,然后在反转法的误差分离算法下提取得到圆度误差和主轴误差。该圆度误差为标准圆的圆度误差,反映了被测工件的面形误差,该误差不随转速的变化而发生改变。为了更好的评估主轴误差在不同转速下的特性,在时域和频域下分析了几组转速下的主轴误差变化情况。本文的主要研究成果是搭建出一套能够用以主轴回转误差在线测量的装置,该测量夹具依据反转法作为基础误差分离方法而设计,能够实现传感器和被测工件的180度反转安装。经测量和误差的提取,定性的分析了主轴回转误差随转速的变化情况,定量的评估了不同转速下的主轴同步误差和异步误差。