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加工精度是衡量数控机床工作性能的重要指标。加工精度可靠度反应了在规定的时间和规定的条件下，数控机床达到理想加工精度要求的概率。开展数控机床精度设计，使数控机床的加工精度及其可靠度和成本控制在所追求的目标范围之内，是高精数控机床研发中长期存在而又亟待解决的科学难题。论文综合考虑几何误差、主轴热误差和刀具磨损误差对数控机床加工精度及其可靠度的影响，采用多学科设计思想，提出一种基于加工精度建模的数控机床可靠性稳健设计方法。构建一个面向多误差源（几何误差、主轴热误差和刀具磨损）的数控机床加工精度模型，开展数控机床加工精度可靠性与可靠性敏感度分析，以生产和加工成本最优为目标，以加工精度可靠度是否达到设计要求为约束条件，以加工精度可靠性敏感度甄别需要优化的几何误差项，建立基于加工精度建模的数控机床可靠性稳健设计模型，形成一套数控机床精度设计共性方法。论文主要研究工作如下: (1)以几何误差为研究对象，研究了多体系统理论和齐次变换矩阵(HTMs)法，构建了数控机床的拓扑结构，分析了各运动副间的拓扑关系，获取了数控机床各运动副的齐次变化矩阵，建立了数控机床空间加工误差模型，揭示了数控机床加工精度与几何误差间的量化关系，为开展面向多误差源的数控机床加工精度建模奠定基础。 (2)以数控机床主轴热误差为研究对象，分析了影响数控机床主轴热误差的主要因素;研究了温度测点布置技术，基于主因素原则，甄别与数控机床主轴热误差关联较大的温度测点;基于模糊神经理论，建立了数控机床主轴热误差模型，并将该模型与基于RBF的主轴热误差模型相比较，数据结果表明该方法具备较好的数控机床主轴热误差预测能力;基于多体系统理论，建立了面向几何误差和主轴热误差的数控机床加工精度模型。 (3)分析了刀具磨损机理和影响刀具磨损的各项因素，运用指数关系建立刀具磨损量预测模型，揭示了刀具磨损随时间的变化关系;基于轮廓形状复刻法和多元线性回归算法，获取了刀具磨损模型中各影响因素的系数;通过分析刀具磨损前后切削刃外轮廓线的变化量，建立了刀具磨损引起的刀具误差模型;基于多体系统理论，建立了面向几何误差和刀具磨损误差的数控机床加工精度模型。 (4)以几何误差为研究对象，建立了数控机床加工精度功能函数及其极限状态方程，分析了数控机床的失效模式;基于高阶标准化技术(HOMST)，建立了数控机床加工精度可靠度模型、可靠性敏感度模型，研究了误差-成本建模方法，建立了数控机床误差成本模型，进而构建了数控机床加工精度可靠度稳健设计模型，提出了一种数控机床加工精度可靠性稳健设计方法;实验验证表明了提出的模型及其仿真结果的正确性，为研究面向多误差源的数控机床精度设计方法奠定基础。 (5)综合考虑了几何误差、主轴热误差和刀具磨损误差对数控机床加工精度及其可靠度的影响，基于数控机床空间加工误差建模方法、模糊神经理论和刀具轮廓形状复刻法，构建了一个面向多误差源的数控机床加工精度模型，将面向单一误差源的数控机床空间加工误差建模方法拓展到面向多误差源的范畴;基于R-F(Rackwitz-Fiessler)和AFOSM(Advanced First Order and Second Moment)，建立了任意时刻基本变量服从任意分布的数控机床加工精度可靠度模型和可靠性敏感度模型，克服了传统数控机床精度设计方法中设计变量必须服从正态分布这一局限，进而提出一种基于加工精度建模的数控机床可靠性稳健设计方法，实现了数控机床在有效工作时间域内的加工精度可靠度的预测及提升;通过实验验证，说明该方法及其仿真优化结果的正确性和优越性。