超精密加工機(jī)床設(shè)計(jì)與制造的關(guān)鍵與核心問題是保證超精密加工工藝和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此，超精密加工機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造的基本原則和要求是：消除或減少機(jī)床上的熱源和振源；提高機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度和幾何精度；減少機(jī)床的變形（含溫度變形和力變形）對機(jī)床加工精度的影響等。為了實(shí)現(xiàn)這些基本原則和要求，超精密加工機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)常采取一些原則措施。盡量不用或少用摩擦發(fā)熱量大的傳動(dòng)裝置（如機(jī)械無級調(diào)速器），并把工作過程中發(fā)熱量大的熱源（如電機(jī)、冷卻潤滑油箱等）與機(jī)床本體結(jié)構(gòu)分離或隔熱，以避免熱量落入機(jī)床本體引起機(jī)床結(jié)構(gòu)的熱變形。選用熱脹系數(shù)α和導(dǎo)熱系數(shù)λ值低的材料作機(jī)床的重要零部件材料。這樣的材料如表1所示。與此同時(shí)也要盡量采用熱物理特性相同或相近的材料來制造機(jī)床的構(gòu)件和零部件。

零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)力求熱對稱，而且應(yīng)考慮采取強(qiáng)迫的風(fēng)冷或液體冷卻并預(yù)留相應(yīng)的冷卻液循環(huán)流動(dòng)通道。當(dāng)冷卻的尺寸范圍在200mm~1500mm時(shí)，風(fēng)的流量應(yīng)為（3~10）m3/s或液體的通量為（1~10）L/s，從而可分別保持溫度波動(dòng)為±0.05°C和±0.02°C。對個(gè)別強(qiáng)熱源處（如主軸軸承）所產(chǎn)生的熱量，必要時(shí)可采用專門的熱管帶走。 超精密加工機(jī)床不僅要考慮安裝和工作在恒溫室里，而且在極高精度要求的情況下，還應(yīng)考慮控制機(jī)床工作在溫度±0.01°C的油淋浴的恒溫箱中，因此，機(jī)床的工作過程必須是完全自動(dòng)或遙控的，不能有人在現(xiàn)場，以免人的活動(dòng)和體溫對環(huán)境條件產(chǎn)生影響。為了避免振動(dòng)影響加工精度，除了機(jī)床必須安裝在由空氣支承、彈簧支承或其他有效的隔振器支承的地基上外，機(jī)床上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)件也要嚴(yán)格進(jìn)行動(dòng)平衡，殘馀不平衡量應(yīng)小于0.5~1g.mm。與此同時(shí)，為了消除和減少機(jī)床本身內(nèi)部振源，要盡量采用運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的傳動(dòng)系統(tǒng)，如非接觸的氣動(dòng)和液體傳動(dòng)，禁止或避免采用帶有沖擊力的傳動(dòng)，如有間隙的換向機(jī)構(gòu)等。通過振源振動(dòng)頻率的調(diào)整（如改變轉(zhuǎn)速）或通過對機(jī)床工藝系統(tǒng)的質(zhì)量（m）和彈簧剛度（k）等動(dòng)力參數(shù)的選擇使振源的振動(dòng)頻率與機(jī)床工藝系統(tǒng)的固有頻率相互遠(yuǎn)離，避開共振區(qū)，減少振動(dòng)對機(jī)床工作的影響。

選用具有高內(nèi)阻尼系數(shù)的材料，如天然大理石、人造大理石、陶瓷等或采用不清砂的雙層壁鑄鐵件作為機(jī)床的結(jié)構(gòu)件，以保證高度衰減內(nèi)部產(chǎn)生和外部傳來的振動(dòng)，因?yàn)檎駝?dòng)衰減的效果正比于阻尼系數(shù)（即衰減指數(shù)）。正常情況下，鑄鐵的衰減指數(shù)為0.006~0.008，而天然大理石和人造大理石的衰減指數(shù)則分別為0.02~0.04和0.06~0.08；不清砂的雙層壁鑄件可以大大增加結(jié)構(gòu)的內(nèi)阻尼，因而可大大提高衰減振動(dòng)的效果。主軸部件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵指標(biāo)是回轉(zhuǎn)精度和剛度，為此優(yōu)先采用帶有溫控的低噪音主軸電機(jī)并通過扭矩或各種電磁的和薄膜的聯(lián)軸節(jié)與主軸聯(lián)接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，主軸軸承則采用具有自定位功能的球面氣浮或液體靜壓軸承結(jié)構(gòu)。用此結(jié)構(gòu)的主軸精度（徑向和軸向跳動(dòng)）可達(dá)0.01μm。當(dāng)工作壓力為0.3MPa~0.6MPa時(shí)，氣浮軸承的平均剛度為200N~400N/μm，液體靜壓軸承則為600N~1000N/μm。但為了主軸跳動(dòng)不超過0.05μm，供油壓力的波動(dòng)值不應(yīng)大于0.01MPa，油溫波動(dòng)也不應(yīng)大于0.05°C。