超精密加工機床設計與制造的關鍵與核心問題是保證超精密加工工藝和目標的實現。因此，超精密加工機床的設計和制造的基本原則和要求是：消除或減少機床上的熱源和振源；提高機床的結構剛度和幾何精度；減少機床的變形（含溫度變形和力變形）對機床加工精度的影響等。為了實現這些基本原則和要求，超精密加工機床設計時，經常采取一些原則措施。盡量不用或少用摩擦發熱量大的傳動裝置（如機械無級調速器），并把工作過程中發熱量大的熱源（如電機、冷卻潤滑油箱等）與機床本體結構分離或隔熱，以避免熱量落入機床本體引起機床結構的熱變形。選用熱脹系數α和導熱系數λ值低的材料作機床的重要零部件材料。這樣的材料如表1所示。與此同時也要盡量采用熱物理特性相同或相近的材料來制造機床的構件和零部件。

零部件的結構設計力求熱對稱，而且應考慮采取強迫的風冷或液體冷卻并預留相應的冷卻液循環流動通道。當冷卻的尺寸范圍在200mm~1500mm時，風的流量應為（3~10）m3/s或液體的通量為（1~10）L/s，從而可分別保持溫度波動為±0.05°C和±0.02°C。對個別強熱源處（如主軸軸承）所產生的熱量，必要時可采用專門的熱管帶走。 超精密加工機床不僅要考慮安裝和工作在恒溫室里，而且在極高精度要求的情況下，還應考慮控制機床工作在溫度±0.01°C的油淋浴的恒溫箱中，因此，機床的工作過程必須是完全自動或遙控的，不能有人在現場，以免人的活動和體溫對環境條件產生影響。為了避免振動影響加工精度，除了機床必須安裝在由空氣支承、彈簧支承或其他有效的隔振器支承的地基上外，機床上的旋轉運動件也要嚴格進行動平衡，殘馀不平衡量應小于0.5~1g.mm。與此同時，為了消除和減少機床本身內部振源，要盡量采用運動平穩的傳動系統，如非接觸的氣動和液體傳動，禁止或避免采用帶有沖擊力的傳動，如有間隙的換向機構等。通過振源振動頻率的調整（如改變轉速）或通過對機床工藝系統的質量（m）和彈簧剛度（k）等動力參數的選擇使振源的振動頻率與機床工藝系統的固有頻率相互遠離，避開共振區，減少振動對機床工作的影響。

選用具有高內阻尼系數的材料，如天然大理石、人造大理石、陶瓷等或采用不清砂的雙層壁鑄鐵件作為機床的結構件，以保證高度衰減內部產生和外部傳來的振動，因為振動衰減的效果正比于阻尼系數（即衰減指數）。正常情況下，鑄鐵的衰減指數為0.006~0.008，而天然大理石和人造大理石的衰減指數則分別為0.02~0.04和0.06~0.08；不清砂的雙層壁鑄件可以大大增加結構的內阻尼，因而可大大提高衰減振動的效果。主軸部件設計的關鍵指標是回轉精度和剛度，為此優先采用帶有溫控的低噪音主軸電機并通過扭矩或各種電磁的和薄膜的聯軸節與主軸聯接進行驅動，主軸軸承則采用具有自定位功能的球面氣浮或液體靜壓軸承結構。用此結構的主軸精度（徑向和軸向跳動）可達0.01μm。當工作壓力為0.3MPa~0.6MPa時，氣浮軸承的平均剛度為200N~400N/μm，液體靜壓軸承則為600N~1000N/μm。但為了主軸跳動不超過0.05μm，供油壓力的波動值不應大于0.01MPa，油溫波動也不應大于0.05°C。