超精密加工机床按加工原理可分为超精密切削、超精密磨削、研磨、抛光及超精密微细加工等。尽管各自在原理和方法上有很大的区别，但有着诸多可继承的共性技术，发展好共性技术，对超精密机床进行模块化设计是 快速发展的捷径。下面列举了几个发展超精密加工机床需要特别重视的单元技术。
1、超精密运动部件
超精密加工就是 在超精密机床设备上，利用零件与刀具之间产生的具有严格约束的相对运动，对材料进行微量切削，以获得极高形状精度和表面光洁度的加工过程。超精密运动部件是 产生上述相对运动的关键，它分为回转运动部件和直线运动部件两类。
高速回转运动部件通常是 机床的主轴，目前普遍采用气体静压主轴和液体静压主轴。气体静压主轴的主要特点是 回转精度高，如Pneumo公司的Nanoform250车床采用气体静压主轴，回转精度优于0.05μm；其缺点是 刚度偏低，一般＜100N/μm。
近年来，在提高气浮主轴刚度方面有很多研究，如德国Kugler公司开发了半球型气浮主轴，刚度高达350N/μm；日本学者利用主动控制的方法增加主轴刚度，同时提高了回转精度；荷兰Eindhoven科技大学研制的薄膜结构被动补偿气浮轴承静刚度可趋于无穷，动刚度也大大提高。液体静压主轴与气浮主轴相比，具有承载能力大、阻尼大、动刚度好的优点，但容易发热，精度也稍差。
直线运动部件是 指机床导轨，同样有气体静压导轨和液体静压导轨两种。由于导轨承载往往大于机床主轴而运动速度较低，超精密机床大多采用后者，如美国LLNL研制的LODTM采用的高压液体静压导轨，直线度误差＜0.025μm/1000mm。同样，主动控制的方法适用于提高气浮导轨静态刚度，日本Tottori大学的Mizumoto等人将这一技术应用到其设计的超精密车床中，提高了导轨直线度。
2、超精密运动驱动与传递为了获得较高的运动精度和分辨率，超精密机床对运动驱动和传递系统有很高的要求，既要求有平稳的超低速运动特性，又要有大的调速范围，还要求电磁兼容性好。
一般来说，超精密运动驱动有两种方式：直接驱动和间接驱动。直接驱动主要采用直线电机，可以减少中间环节带来的误差，具有动态特性好、机械结构简单、低摩擦的优点，主要问题是 行程短、推力小。另外，由于摩擦小，很容易发生振荡，需要用优秀的控制策略来弥补。间接驱动是 由电机产生回转运动，然后通过运动传递装置将回转运动转换成直线运动。它是 目前超精密机床运动驱动方式的主流。电机通常采用低速性能好的直流伺服电机，如美国ParkHannifin公司的DM和DR系列直接驱动伺服执行器，输出力矩大，位置控制分辨率达到64万分之一。运动传递装置通常由联轴器、丝杠和螺母组成，它们 的精度和性能将直接影响运动平稳性和精度，也是 间接驱动方式的主要误差来源。美国麻省理工学院设计了两种联轴节，分别采用球槽和柔性铰链结构，用于消除电机与丝杠不同轴误差。我国国防科技大学设计了一种框架式浮动单元，用于连接螺母和花岗石平台，可消除4个方向的运动误差。丝杠往往选择高精度的滚珠丝杠，另外也有气浮丝杠和磁浮丝杠用于超精密机床的实验研究，如俄罗斯研制的气浮/磁浮丝杠分辨率达到了0.01μm。日本新宿大学的Fukada通过在滑动丝杠、螺母和工作台间插入弹性体，将扭矩转化为微位移，使滑动丝杠达到纳米级分辨率。
在驱动方式上还有突破传统的创新研究，如日本Tottori大学的Mizumoto等人研制的扭轮摩擦装置，分辨率达到纳米量级；我国国防科技大学研制的扭轮摩擦装置的分辨率也接近纳米级水平。
3、超精密机床数控技术
超精密机床要求其数控系统具有高编程分辨率(1nm)和快速插补功能(插补周期0.1ms)。基于PC机和数字信号处理芯片(DSP)的主从式硬件结构是 超精密数控的潮流，如美国的NAN-OPATH和PRECITECH'S-ULTRAPATH-TM都采用了这一结构。数控系统的硬件运动控制模块(PMAC)开发应用越来越广泛，使此类数控系统的可靠性和可重构性得到提高。我国国防科技大学研制开发的YH-1型数控系统采用ASW-824工业一体化PC工作站为主机，用ADSP2181信号处理器模块构成高速下位伺服控制器。
在数控软件方面，开放性是 一个发展方向。国外有关开放性数控系统的研究有欧共体的OSACA，美国的OMAC和日本的OSEC。我国国防科技大学在此基础上提出了构件化多自由度运动控制软件.可根据机床成形系统的布局任意组装软件，符合机床模块化发展的方向。
4、超精密运动检测技术
为保证超精密机床有足够的定位精度和跟 踪精度，数控系统必须采用全闭环结构，高精度运动检测是 进行全闭环控制的必要条件。双频激光干涉仪具有高分辨率(如ZYGO-AX10MTM2/20分辨率为1.25nm)与高稳定性，测量范围大，适合作为机床运动线位移传感器使用。但双频激光干涉仪对环境要求过于苛刻，使用和调整非 常困难，使用不当会大大降低精度。德国Heidenhain公司生产的光栅尺更适合超精密机床运动检测，如该公司的LIP401，材料长度220mm，分辨率为2nm，采用Zerodur材料制成几乎达到零膨胀系数(0.1ppm/k)，动静尺间隙为(0.6±0.1)mm，对环境要求低，安装和使用方便。Nanoform2500和Optimum2400超精密车床都使用了Heidenhain光栅尺。
5、超精密机床布局与整体技术
模块化、构件化是 超精密机床进入市场的重要技术手段，如美国ANORAD公司生产各种主轴、导轨和转台，用户可根据各自的需要组成一维、二维和多维超精密运动控制平台和机床。研制超精密机床时，布局就显得非 常关键。超精密机床往往与传统机床在结构布局上有很大差别，流行的布局方式是 “T”型布局，这种布局使机床整体刚度较高，控制也相对容易，如Pneumo公司生产的大部分超精密车床都采用这一布局。模块化使机床布局更加灵活多变，如日本超硅晶体研究株式会社研制的超精密磨床，用于磨削超大硅晶片，采用三角 菱形五面体结构，用于提高刚度；德国蔡司公司研制了四轴精密磨床AS100，用于加工自由形式表面，该机床除了X、Z和C轴外，附加了A轴，用于加工自由表面时控制砂轮的切削点。
此外，一些超精密加工机床是 针对特殊零件而设计的，如大型高精度天文望远镜采用应力变形盘加工，一些非 球面镜的研抛加工采用计算机控制光学表面成形技术(CCOS)加工，这些机床都具有和通用机床完全不同的结构。由此可见，超精密机床的结构有其鲜明的个性，需要特殊的设计考虑 和设计手段。
6、其他重要技术
超精密环境控制，包括恒温、恒压、隔振、湿度控制和洁净度控制。另外，超精密加工对刀具的依赖性很大，加工工艺也很重要，对超精密机床的材料和结构都有特殊要求。
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