超精密机床是实现超精密加工的最重要、最基础的条件，是超精密加工水平的标志。对超精密机床的基本要求包括：①高精度，即高的静态精度和动态精度；②高刚度，包括静刚度、动刚度和热刚度等；③高稳定性，即设备在规定的工作环境下使用过程中应能长时间保持精度、抗干扰、稳定地工作，因此设备应有良好的耐磨性、抗振性等；④高自动化，高自动化机床可减少人为因素影响，提高加工质量，加工设备多用数控系统实现自动化。
现在美国和日本均有20多家工厂和研究所生产超精密机床；英国、荷兰、德国等也都有工厂研究所生产和研究开发超精密机床，均已达到较高的水平。近年来，我国超精密机床的研究也上了一个新台阶，北京机床研究所研制成功大型纳米级超精密数控车床NAM-800。NAM-800纳米级超精密数控车床采用了当今最先进的数控技术、伺服技术、精密制造及测量技术，该车床的反馈系统分辨率为2.5 nm，机械进给系统可实现5 nm的微小移动，可对被加工表面实现微小的切除，使其达到极高的精度和表面质量。主轴的回转精度为0.03 μm，溜板移动直线度为0.15μm/200 mm，最大可加工直径为φ800 mm，粗糙度Ra＜0.008μm。
切削类、磨削类超精密机床目前已发展了许多种模块化的功能部件，如精密主轴部件、精密导轨部件、微量进给装置等。这些关键部件的质量是超精密机床的重要基础。
1.精密主轴部件
精密主轴部件是超精密机床的圆度基准，也是保证机床加工精度的核心。主轴要求达到极高的回转精度，其关键在于所用的精密轴承。早期的精密主轴采用超精密级的滚动轴承，制造高精度的滚动轴承主轴是极为不易的，希望进一步提高主轴精度更是困难。目前，超精密机床的主轴广泛采用液体静压轴承和空气静压轴承。液体静压轴承回转精度很高（≤0.1μm），且刚度高、阻尼大，因此转动平稳，无振动，但高速下摩擦发热大，一般用于大型超精密机床，例如美国LLNL实验室的DTM-3型大型超精密机床主轴的径向轴承即为液体静压轴承（推力轴承为气体静压轴承）。如图2-75所示为典型的液体静压轴承主轴结构原理图。空气静压轴承的回转精度可达0.05～0.025μm，在高速下摩擦发热小，因而温升及热变形很小。尽管有刚度较低的不足，但由于超精密切削的切削力很小，空气静压轴承仍可以满足要求，目前在中小型超精密机床中已得到广泛的应用。如图2-76所示为球面空气轴承主轴，双半球形的气浮面有自动调心作用，可提高主轴的回转精度。
图2-75 典型液体静压轴承主轴结构原理图
1—径向轴承；2—真空吸盘；3—推力轴承
图2-76 球面空气轴承主轴
1—石墨衬套；2—前部轴径；3—外壳；4—轴承外套；5—柔性垫圈；6—轴；7—外盖；8—后部轴径
2.床身和精密导轨(www.xing528.com)
床身是机床的基础部件，应具有抗振衰减能力强、热膨胀系数低、尺寸稳定性好的要求。目前，超精密机床床身多采用人造花岗岩材料制造。人造花岗岩是由花岗岩碎粒用树脂黏结而成，它不仅具有花岗岩材料的尺寸稳定性好、热膨胀系数低、硬度高、耐磨且不生锈的特点，又可铸造成形，克服了天然花岗岩有吸湿性的不足，并加强了对振动的衰减能力。
超精密机床导轨部件要求有极高的直线运动精度，不能有爬行，导轨耦合面不能有磨损。这一方面要求导轨有极高的制造精度，材料有很好的稳定性和耐磨性，同时要求导轨有很好的耦合形式。现代超精密机床的导轨主要有滚动导轨、液体静压导轨、气浮导轨、空气静压导轨等形式。如图2-77所示分别为平面型的液体静压导轨和空气静压导轨示意图，其导轨的上下、左右均在静压液体、静压空气的约束下，整个导轨浮在中间，基本没有摩擦力，有较好的刚度和运动精度。
图2-77 液体静压导轨和空气静压导轨
（a）液体静压导轨；（b）空气静压导轨1—导轨面；2—移动工作台；3—底座
3.微量进给装置
高精度微量进给装置是超精密机床的一个关键装置，它对实现超薄切削、高精度尺寸加工和实现在线误差补偿有着十分重要的作用。目前，高精度微量进给装置分辨率已可达到0.001～0.01μm。
微量进给装置有机械或液压传动式、弹性变形式、热变形式、流体膜变形式、压电陶瓷式等多种结构形式。
如图2-78所示是一种双T形弹性变形式微进给装置的工作原理图。当驱动螺钉4前进时，迫使两个T形弹簧2、3变直伸长，从而可使微位移刀夹前进。该微量进给装置分辨率为0.01μm，最大输出位移为20μm，输出位移方向的静刚度为70 N/μm，满足切削负荷要求。
图2-78 双T形弹性变形式微进给装置
1—微位移刀夹；2，3—T形弹簧；4—驱动螺钉；5—固定端；6—动端
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