利用微小型机床进行三维微小零件的微细切削加工是一项新兴的制造技术,为了满足微小型化产品的需求,本课题进行了超精密微小机床的硬件结构设计、软件设计以及伺服系统的设计。研究工作将促进微小型机床的开发,也将为国民经济和国防建设发展奠定基础。机床的硬件设计是基于IPC机和Windows操作系统的并行双CPU数控系统,以PMAC作为运动控制器,通过电感测头和视频显微镜来进行三维精密对刀,并与高速电主轴、气浮工作台、直线电机、光栅以及强电控制柜等共同构成超精密三轴联动微小数控机床。数控系统软件是利用VB6.0来开发的,采用模块化设计的思想,通过调用PMAC卡内的Pcomm32动态链接库,来实现对机床的运动控制以及机床状态的显示。针对微小机床的特殊要求,数控系统添加了视频采集模块,此模块显示了视频采集卡采集到的图像,可通过此模块利用CCD和电感测头进行三维对刀,以及观测微小零件的表面形貌,大大减少了工作人员加工前的准备工作。伺服系统是采用直线电机带动气浮工作台,用光栅进行实时反馈,是一个零阻尼系统,所以设计过程中主要考虑减小工作台的振动以及外界负载干扰等。根据系统特性设计伺服算法,然后利用Matlab/Simulink对闭环系统进行仿真得出最佳PID调节参数,提高机床的定位精度和伺服跟踪精度。最后,对机床的定位精度进行了测试,并编制了定位精度测试数据处理软件,为了验证微小机床的加工性能以及机床的整体性能,设计了微小机床的加工实验,结果证明了本超精密微小机床系统设计方案的可行性,可以满足微小机床的加工要求。