纳米超精密加工技术

　　立式结构布局。
　　超精密机床常采用平面导轨结构的液体静压导轨、空气静压导轨和磁悬浮导轨。空气静压导轨和气浮导轨可以达到很高的直线运动精度，运动平稳，无爬行，且摩擦因数接近于零，不发热。但必须注意导轨面的防尘。
进给伺服系统
超精密机床的进给伺服系统—般采用精密滚珠丝杠副、液体静压和空气静压丝杠副。精密滚珠丝杠因其反向间隙小、传动效率高而得到了广泛的应用。精度更高的静压丝杠和摩擦驱动装置也逐渐用于超精密加工机床。
微量进给装置
超精密机床的高精度微量进给装置有电致伸缩式、弹性变形式、机械传动或液压传动式、热变形式、流体膜变形式、磁致伸缩式等。其中电致伸缩式和弹性变形式微量进给机构能够满足精密和超精密微量进给装置的要求，且技术成熟。目前高精度微量进给装置的分辨力可达到0.001～0.01μm。
环境条件
超精密加工的环境条件是超净，隔振和恒温。超精密加工机床几乎全部采用花岗岩床身。

超精密机床控制策略
摩擦补偿控制技术
　　超精密机床相对普通机床而言，其伺服进给系统要求具有纳米级控制精度。在实现超精密机床的高精度控制中，机械传动机构的stick/slip摩擦仍是一个棘手的问题，它与机床的定位、跟踪精度有直接的关系，如机床运动的低速“颤振”、精密定位中的极限环和运动换向中较大的跟踪误差等问题。国内外学者在对于摩擦力的克服方面进行了深入的研究，提出的解决方案可分为两类：无摩擦模型补偿和有摩擦模型补偿。
　　对于无摩擦模型补偿，可分为以下几种方式：(1) PD控制补偿，通过增加系统的增益和阻尼，来扩大平稳跟踪的速度范围，使在一定速度以上stick/slip现象消除。(2) 积分控制补偿，当PD控制用来实现稳定跟踪时，位置或速度的积分控制用来减小稳态误差。在积分作用下，系统在低速跟踪中会出现极限环，一般采用具有死区的积分器来消除极限环。(3) 颤振，利用高频颤振信号加入系统中以改变系统的性能，颤振能够平滑低速下的摩擦的不连续性。(4) 自适应脉冲控制补偿，通过一系列小的冲击，达到精确的定位。远离零速率时，采用正常的线性控制器，接近零速率时，自适应脉冲起控制作用，通过改变脉冲宽度来实现定位。(5) 变增益补偿，在大角度误差范围采用较小的开环增益，而在小角度误差范围采用大开环增益，以提高系统对stick/slip摩擦抑制能力。
　　而基于摩擦模型的补偿方法可归纳如下：(1) 前馈补偿。通过设置摩擦扰动观测器，根据模型不变性原理，引入前馈控制对扰动力矩进行实时补偿。(2) 自适应控制。基于摩擦力矩模型，对模型参数采用不同辨识方法，产生了最小二乘和模型参考自适应等不同的自适应控制方案。(3) 变结构控制。将摩擦视为系统的参数摄动及外干扰作用，采用变结构滑模理论或鲁棒镇定设计方法，克服摩擦力矩。(4) 神经网络方法。神经网络具有较强的处理非线性环节的能力，可利用神经网络方法建立低速摩擦模型，并根据该模型设计补偿环节。(5) 混合方法。综合不同方法的优点可以组合出新的方法。例如Jong Hyeon[1]为解决运动过程中具有时变参数的摩擦模型问题，提出了将时间延迟控制器(TDC)和滑模控制器(SMC)相结合而形成时间延迟滑模控制器(TDSMC)，这种新型控制器既具有SMC的较强的参数变化鲁棒性，同时还具有TDC的处理系统中的未知动态特性和干扰的非凡能力。