针对目前机床主轴的回转精度检测不能反映主轴在切削工况下的实际回转精度、现有三点法检测的主轴回误差信号包含了系统振动信号的问题，在传统三点法的基础上加入振动加速度传感器，实时测量系统的振动加速度，进而提出一种包含系统振动信号分离的新型三点法。首先，通过建立考虑系统振动的回转误差检测数学模型，得到系统的振动位移和传感器相对主轴的绝对位移；其次，采用误差分离技术，得到主轴在切削工况下的实际回转误差；最后，研制出一套主轴在切削工况下的回转误差检测装置并进行了实验验证。研究结果表明，所提出方法能有效提高主轴在切削工况下回转误差的检测精度。