La esencia del proceso de mecanizado es la interacción que ocurre entre las máquinas herramienta y una pieza de trabajo bajo ciertas condiciones de parámetros de corte. La identificación de la causa raíz (ICR) es crítica para el control de calidad y la mejora de la productividad de los procesos de mecanizado. El error geométrico causado por fallos en los dispositivos de sujeción puede ser identificado en la mayoría de los métodos de ICR; sin embargo, la influencia de la degradación de la máquina herramienta en la calidad de la pieza de trabajo suele ser ignorada. En este artículo, se propone un nuevo esquema de identificación de la causa raíz del error de mecanizado basado en el control estadístico de procesos y el diagnóstico de fallos de las máquinas herramienta. Con el reconocimiento de patrones de los gráficos de control, las fluctuaciones de calidad pueden ser detectadas de manera oportuna. Una vez que ocurre el error de mecanizado, se lleva a cabo el diagnóstico de fallos de las máquinas herramienta. Se establece la relación entre la condición de la máquina herramienta y la calidad de la pieza de trabajo, y se puede lograr la identificación de la causa raíz del error de mecanizado. Se presenta un estudio de caso del mecanizado de una pieza de trabajo compleja en forma de caja soldada para ilustrar la viabilidad del esquema propuesto. Se encontró que el error de coaxialidad de los dos agujeros en dos lados de la pared de la caja es causado por el desgaste del engranaje sin fin en la mesa de trabajo rotativa de la máquina herramienta.