La predicción de variaciones y el control de calidad para piezas de trabajo de formas complejas en los campos de la automoción y la aeronáutica, con procesos de mecanizado de múltiples etapas, han atraído una atención significativa debido a la amplia aplicación y la creciente diversidad de este tipo de piezas. Para finalizar las piezas de trabajo con formas complejas, a menudo se aplican múltiples configuraciones y operaciones en los procesos de mecanizado. Sin embargo, las fuentes de error geométrico, como el error de fijación, el error de datum, el error de trayectoria de la máquina herramienta y la calidad dimensional del producto, interactúan de manera complicada en diferentes etapas. Estas interacciones complejas representan desafíos significativos para la predicción y reducción del error del producto final. La predicción de errores de fabricación basada en el flujo de variación es una forma efectiva de controlar la calidad del mecanizado. Sin embargo, hay pocos modelos integrados que puedan describir las interacciones entre los tipos de fuentes de error geométrico de diferentes etapas para diferentes tipos de piezas de trabajo complejas. Este artículo propone un modelo de predicción de errores modificado para capturar sistemáticamente las interacciones de diferentes fuentes de error entre diferentes operaciones para piezas de trabajo de formas complejas en procesos de mecanizado de múltiples etapas. Utilizando vectores de movimiento diferencial, se establece la conexión de todas las variaciones clave de la máquina, la fijación y la pieza de trabajo. Este modelo modificado no solo puede manejar configuraciones generales de fijación para piezas de trabajo complejas, sino que también introduce variaciones inducidas por el mecanizado. Basado en este modelo, se proponen el método de identificación de las principales fuentes de error y el método de compensación de errores. Para evaluar la efectividad del método propuesto, se utilizan bloques de motor como ejemplo para ser mecanizados. En comparación con un proceso de mecanizado sin una estrategia de compensación, el error promedio de mecanizado de la característica clave se reduce en un 80.5% después de compensar las principales fuentes de error.