В данной статье предложен метод идентификации геометрической ошибки положения вращающейся оси пятивалентного станка на основе двух характеристических пазов. Путем последовательного обработки двух видов характеристических пазов на кубической заготовке и разработки 4 видов измерительных схем достигнута высокоточная идентификация геометрической ошибки вращающейся оси. По сравнению с актуальными сегодня характеристическими заготовками, предложенная в статье характеристическая заготовка не строго требует глубины и длины обработки пазов, заметно уменьшает количество снятия материала, одновременно максимально уменьшает силы резки, тепловую деформацию, а также влияние осевой ошибки на результаты измерений. Предложенная модель идентификации может эффективно увеличить влияние угловой ошибки, тем самым снизить влияние неопределенности измерения на точность идентификации, далее повысить надежность полученных результатов.