本发明旨在提供一种数控机床在线检测的预行程误差补偿方法，包括以下步骤：A、对待检测的曲面零件生成虚拟曲面模型及模型上测点的坐标和法矢方向；生成待检测曲面的NC数控检测代码；B、建立模型标准球，并生成对应于曲面上各测点的标准球上的测点及其坐标；生成实体标准球的NC数控检测代码；C、在数控机床上对实体标准球进行自动找正；D、在线检测得到实体标准球的测量坐标并进行转换后计算得到各测点对应法矢方向的测头预行程误差；E、在数控机床上对待检测的曲面零件进行自动测量，并进行补偿操作，得到各测点的最终测量坐标。该方法克服了现有技术自由曲面的在线检测中存在的检测精度低的缺点，具有步骤简单、精度高的特点。