本发明涉及一种可调偏心测量基准球及其应用的主轴单元性能评价装置，可调偏心测量基准球包括球头体和连接座，球头体一端为球头，另一端设有定位圆柱面；连接座一端为圆柱体，内设盲孔与球头体活动连接，一端为法兰部分，设有一圈沉头孔与主轴的端面固连。主轴单元性能评价装置中，主轴单元上还设有加载圆盘，加载圆盘上侧和水平外侧两个方向依次设置加载头、力传感器和连接油箱的液压缸，加载圆盘下侧和相对于加载头的另一侧以及球头体外侧三个方向设有各自的位移传感器，传感器信号经变送器后由数据卡接入监测和分析评价软件平台，软件平台连续调整油箱上伺服阀的压力输出，获取主轴单元在不同载荷下的刚度、轴向窜动和回转精度等性能。