在超精密加工领域,垂直运动组件比较重,虽然可被现有平衡装置进行重力平衡,但是在被平衡之后,运动阻力仍然较大,还是会引起驱动电机的过流效应,进而影响到机床的稳定性和定位精度。因此,在机床的设计中如何平衡掉垂直运动组件的重力,以此减少被平衡之后的驱动力,进而满足其速度和加速度要求,并提高其定位精度,这对于保障机床稳定性及精度的保持都有很大的意义。本文以超精密机床垂直运动部件的重力平衡系统为研究对象,主要对以下几个方面进行了研究：1.根据超精密机床的工作特性等因素,选择利用气压传动来构建垂直运动部件的重力平衡系统。用一个简单的气动实验模型来模拟气动平衡系统在超精密机床上的使用,提出了无摩擦气缸和密封气腔实时精密恒压控制两大关键技术难点。2.根据气动平衡系统所涉及到的相关气动技术,对低摩擦气缸、气动比例伺服阀、压力伺服控制系统和控制策略这四个方面进行了比较分析。3.通过研究低摩擦气缸的发展,结合气体润滑理论,并依据气缸的基本结构,提出了一种全方位、全工况气体悬浮支撑的无摩擦快速响应平衡装置。该装置利用柔性环节,结合锥面、球面垫圈对试件进行重力平衡,更赋予了其独一无二的偏心自动调节能力。并对该装置进行了理论参数设计分析,为之后的结构仿真参数优化奠定理论基础。4.通过研究气动伺服控制理论,提出用智能模糊PID算法对无摩擦快速响应平衡装置的密封气腔进行实时精密恒压控制。为减少研发周期和成本,本课题选取了基于智能模糊PID控制器工作的精密比例伺服阀。5.根据气压传动的基本理论和电气比例阀优秀的工作特性,结合无摩擦快速响应平衡装置的工作需求,研究提出了一种精密气压平衡卸荷伺服气动系统,并从理论上分析了该气动系统优越的工作性能。6.研究智能模糊PID控制器的工作原理和设计方法,通过对气动回路的工作机制进行仿真实验,以检验智能模糊PID控制相对于PID控制的优越性,从侧面证明了该气动平衡系统对气缸气腔进行实时精密恒压控制出色的工作特性。7.对无摩擦快速响应平衡装置的基本参数进行测量校对,验证了其加工装配的正确性。搭建气动平衡系统实验平台,并用拉力传感器、压力传感器对无摩擦快速响应平衡装置的摩擦力及低摩擦快速平衡卸荷模糊控制精密伺服系统的响应时间、抗干扰能力、工作平稳性以及被平衡之后试件的移动阻力等特性参数进行了测定。对实验结果进行研究分析,验证了所提出来的低摩擦快速平衡卸荷模糊控制精密伺服系统能充分发挥智能模糊PID算法优异的工作特性,能很好的完成超精密机床垂直运动组件的配重任务。