首先是尽量不用或少用摩擦发热量大的传动装置（如机械无级调速器），并把工作过程中发热量大的热源（如电机、冷却润滑油箱等）与机床本体结构分离或隔热，以避免热量落入机床本体引起机床结构的热变形。
 
选用热胀系数α和导热系数λ值低的材料作机床的重要零部件材料。与此同时也要尽量采用热物理特性相同或相近的材料来制造机床的构件和零部件。

零部件的结构设计力求热对称，而且应考虑采取强迫的风冷或液体冷却并预留相应的冷却液循环流动通道。当冷却的尺寸范围在200mm~1500mm时，风的流量应为（3~10）m3/s或液体的通量为（1~10）L/s，从而可分别保持温度波动为±0.05°C和±0.02°C。对个别强热源处（如主轴轴承）所产生的热量，必要时可采用专门的热管带走。

精密加工机床不仅要考虑安装和工作在恒温室里，而且在极高精度要求的情况下，还应考虑控制机床工作在温度±0.01°C的油淋浴的恒温箱中，因此，机床的工作过程必须是完全自动或遥控的，不能有人在现场，以免人的活动和体温对环境条件产生影响。

为了避免振动影响加工精度，除了机床必须安装在由空气支承、弹簧支承或其他有效的隔振器支承的地基上外，机床上的旋转运动件也要严格进行动平衡，残馀不平衡量应小于0.5~1g.mm。与此同时，为了消除和减少机床本身内部振源，要尽量采用运动平稳的传动系统，如非接触的气动和液体传动，禁止或避免采用带有冲击力的传动，如有间隙的换向机构等。

通过振源振动频率的调整（如改变转速）或通过对机床工艺系统的质量（m）和弹簧刚度（k）等动力参数的选择使振源的振动频率与机床工艺系统的固有频率相互远离，避开共振区，减少振动对机床工作的影响。

选用具有高内阻尼系数的材料，如天然大理石、人造大理石、陶瓷等或采用不清砂的双层壁铸铁件作为机床的结构件，以保证高度衰减内部产生和外部传来的振动，因为振动衰减的效果正比于阻尼系数（即衰减指数）。正常情况下，铸铁的衰减指数为0.006~0.008，而天然大理石和人造大理石的衰减指数则分别为0.02~0.04和0.06~0.08；不清砂的双层壁铸件可以大大增加结构的内阻尼，因而可大大提高衰减振动的效果。

主轴部件设计的关键指标是回转精度和刚度，为此优先采用带有温控的低噪音主轴电机并通过扭矩或各种电磁的和薄膜的联轴节与主轴联接进行驱动，主轴轴承则采用具有自定位功能的球面气浮或液体静压轴承结构。用此结构的主轴精度（径向和轴向跳动）可达0.01µm。当工作压力为0.3MPa~0.6MPa时，气浮轴承的平均刚度为200N~400N/µm，液体静压轴承则为600N~1000N/µm。但为了主轴跳动不超过0.05µm，供油压力的波动值不应大于0.01MPa，油温波动也不应大于0.05°C。

进给传动的设计主要要求是：保证能有效进行误差动态补偿的换向精度；可实现最小5nm的脉冲位移；采用修正系统後具有2nm的高定位精度。为此，可供选择的进给传动方式有以下几种：

－滚珠丝杠副。特点是刚度大，可实现的增量位移为100nm（即0.1µm）。

－摩擦传动。传动刚度为50N~100N/µm，拉力达100N，可实现的移动增量为5nm。缺点是寿命低，不够灵敏。

－条（带）传动。仅适合在小型机床上用。

－压电和磁致伸缩传动。移动量可小于5nm，但总的行程量很小，只有100~200µm，故多数情况下它是与其它传动方式（如滚珠丝杠副）组合使用。

－自定位静压丝杠副。特点是由于齿形角小（只有10°），故刚度大（达100N~1000N/µm）和可实现微小的增量位移。缺点是保证油温和油压稳定的系统较复杂。

－增量式液压传动。刚度可达600N/µm，位移增量80nm，但供油系统复杂。

－电磁丝杠副传动。它是由涂有稀有材料的磁性混合物的丝杠与带有线圈的螺母相互作用来实现传动。可实现微小的增量位移，但刚度过低，只有10N/µm。

导轨设计。导轨是超精密加工机床上保证实现精密微量进给的重要要素之一，虽有多种形式可供选择，但采用得最为广泛的是液体静压导轨和气浮导轨。前者的刚度可达6KN~8KN/µm，并能保证位移精度0.02µm~0.04µm/400mm行程；後者的刚度为1KN~2KN/µm，当气膜厚度为4µm~8µm时，也能保证与液体静压导轨一样的位移精度。液体静压和气浮导轨的直线性均可高达0.02µm/100mm。

在总体布局设计上，超精密加工机床的结构应分成承载部分和计量部分。此时，机床所能实现的精度在很大程度上取决于测量系统的有效性。因此，一般采用像激光干涉仪这样的高精度、高分辨率的仪器作测量装置，并将其单独安装在气浮支承的计量支架上，而且不仅安装测量装置时要遵守阿贝原理，在更广义理解上，也要遵守阿贝原理。阿贝原理要求，测量轴要接近于刀尖，以便消除按杠杆原理放大误差的可能性。从这一立场出发，导轨和测量装置应位于同一水平面上，在机床的承载系统中要避开采用悬伸和刚度不恒定的构件。

在机床整体和各部件所完成的功能分配方面，在多数情况下，一台机床只实现一种加工方法，每个部件也只完成一个固定的功能运动。这样做的目的是简化机床结构和更易于根据精度指标进行优化，而无需采取妥协（折衷）的办法。――这一点是与目前一般机床的设计发展趋势――复合化，扩大工艺可能性――是不一样的，或者说是正好相反的。

为了保证精密加工的目标顺利实现，精密加工机床设计必须考虑采用主动控制的隔振系统和在线的误差自动补偿技术。这是因为很难保证所要求的零件制造精度，同时也很难完全消除振动和热因素带来的负面影响。

精密加工是为适应现代高新科技发展的要求而发展起来的先进制造技术，它的成功实现，不仅取决于机床、刀具和工艺方法，也还取决于测量和控制技术，即含机、光、电、传感技术和计算机技术等。它是多种学科新技术成果的综合应用，但也对许多高新科技的发展与进步起着推动的作用。因此超精密加工已成为发展现代高新技术，特别是发展现代武器装备的基础技术，也是衡量一个国家科技水平的重要标志之一。与美俄相比，中国在这方面还有不少差距，如非轴对称的光学曲面加工工艺的可靠性和可操作性等方面。为使中国超精密加工技术的进一步发展和提高，除继续加强超精密加工工艺和装备的研究外，还必须加强测量和控制，特别是对非轴对称的非球曲面等复杂曲面的测量与控制（如五轴超精密CNC系统）的研究；加强工艺可靠性和可操作性的研究等。而且开发研究工作需要跨学科，跨部门来协同组织进行，以便集中力量（包括人、财、物）解决问题。