本发明公开了三维曲面磨削建立工件坐标系与砂轮磨损补偿装置及方法，通过建立机床的机械坐标和工件坐标之间的关系，实现在X、Y、Z轴方向上的亚微米级精准定位，具体方案包括安装在机床上的砂轮、碳板、光学轮廓仪，将砂轮轮廓拓印在碳板上；记录完成拓印时砂轮旋转和截面轮廓的砂轮位置的机床坐标系；测量砂轮轮廓数据，分别扫描出砂轮轮廓数据，得到二维测量点云矩阵；对砂轮旋转拓印轮廓的二维测量点云矩阵进行理想圆弧拟合，得到砂轮‑光学轮廓仪偏置坐标；扫描整个工件毛坯表面三维轮廓，得到工件毛坯表面三维轮廓重构点云矩阵；将理想工件毛坯点云矩阵与重构矩阵进行迭代匹配，得到工件零点‑光学轮廓仪偏置坐标；计算工件坐标系。