为了获得最佳表面光洁度,机床组件如主轴、齿轮、液压控制阀、滚柱轴承部件以及其他高精度部件都需要达到完美工作状态。如果超精密表面的光洁度需要达到镜面光洁度效果,机床还必须配备专用工具。用于打造超精密表面的专用工具在购买新机床时,价格和长期合用性往往至关重要。在需要遵循的最低标准中,机床的加工质量、可用性以及工作寿命并非是关注重点。只使用基本配置是无法打造超精密表面的,必须给机床装配如静液压电机磨削主轴和零件主轴之类专用切割加工组件或将任务外包出去。

设计了一种超精密气浮定位平台,并运用Ansys对导轨和滑台分别作了有限元模态分析,校核了其动态刚度。在此基础上,分析了导轨的厚度对导轨刚度的影响以及滑台顶板厚度对滑台刚度的影响,为结构的优化设计提供了参考依据。分析结果显示,定位平台的刚度满足设计要求。

在研究纳米级超精密机床的检测过程中,针对机床的加工要求,提出了纳米级大尺度超精密线位移误差的检测采用宏微线位移测量方法,并应用于超精密机床的检测.检测结果表明,该方法可以利用现有精密测量仪器满足检测超精密机床的要求.

提出了一种新型二维超精密微步进工作台的结构形式,并针对该结构设计了相应的微步进执行器.以新型功能材料Piezo作为驱动元件,分析了微步进执行器的机电耦合模型,在此基础上对其时间响应进行了分析,总结了时间响应的影响因素,同时提出了相应的解决方法.

提出了一种新型可以测量孔和轴直径的超精密测量仪，该超精密测径仪主要由炫耀光栅和气浮导轨及红宝石探头组成，采用接触式绝对测量方法。介绍了环境温度的控制和减小环境振动的手段，以保证测量的精度和重复性。这种新型测径系统分辨率可以达到1nm,量程范围可达 0～100mm。

介绍了超精密隔振平台的结构和振动控制原理,设计了稀土超磁致伸缩致动器作为驱动装置,并阐明致动器的结构和工作原理;分析了致动器工作磁场的组成及线圈轴向磁场的分布情况;研究了致动器振动控制的频率特性.实验表明所设计的稀土超磁致伸缩致动器具有良好的振动控制效果.

本文在比较了误差分离的几种方法之后,着重讨论了多步法的方法误差和系统误差。按此法建立了计算机辅助毫微米圆度测量系统,将圆度仪的测量精度(2σ)从原来的0.025微米提高到0.002微米,足以满足精密工程、惯性技术和宇航科学等领域对超精圆球的计量要求。

针对超精密定位平台的高精度要求，以及气浮轴承的刚度和阻尼相对于气膜厚度的变化存在明显的非线性特性．在分析超精度气浮定位平台的基础上，建立了气浮定位平台直线运动的数学模型和基于滑模控制器（SMC）的系统控制模型，并进行了参数分析和实验研究．结果表明：气浮刚度的增大和阻尼的存在有利于改善平台的定位精度，SMC具有较好的鲁棒性，在受外界干扰较大且存在较大非线性情况下，定位平台仍能达到较好的定位精度．

针对传统超精密定位系统存在位移灵敏度、系统频响及重复定位精度难以兼顾的问题,设计并研制了一种具有纳米分辨力的二维超精密定位系统.系统集成平行四连杆结构双柔性二维工作台无间隙传动、双极性可伸缩压电陶瓷微位移驱动和纳米精度电容位移监测等先进技术,在微处理器控制下可实现纳米量级的定位.为改善传统PID控制方法存在的精度低、实时性差等缺陷,提出了一种结合定位过程中各阶段系统不同响应特性的比例、积分和微分(PID)参数自适应控制算法.结果表明平行四连杆结构能有效地消除运动方向间的交叉耦合,确保了工作台在运动方向上的直线度;在30μm行程内,单轴位移分辨力优于1 nm,重复定位精度优于10 nm,最大行程时响应时间＜1 s.

嵌砂研磨技术被广泛应用于超精密加工,文中主要分析了嵌砂研磨的工艺特点及应用情况。