在超精密机床的加工过程中,机床的振动对加工精度、表面质量、机床使用寿命等有着不可忽视的影响。机床的振动可以分为两种:来自外界环境的外源振动和来自机床本身的内源振动。一般认为,外源振动对于超精密机床的加工精度具有较大影响。然而,由于机床轴与轴之间的控制系统和机械系统间存在机电耦合作用,控制系统在驱动某一轴运动时,如果其控制带宽和另一轴的固有频率较为接近,该轴电机的往复输出力就会通过机床床身传递到另一轴上并放大,导致工件或者刀尖剧烈振动,在工件加工表面形成振纹,严重影响加工质量。本文将针对这一现象展开研究,从而为超精密机床的控制系统设计和结构优化提供参考。首先,建立超精密车床X轴和Z轴空气静压导轨气膜的有限元模型,分析得到导轨的竖向和侧向刚度。建立机床的有限元模型,分析得到机床X轴导轨和Z轴导轨的各阶模态,找到机床受双轴耦合振动影响的薄弱环节,并通过对机床进行模态实验验证有限元模型的正确性。在此基础上对工件质量的变化对机床X轴各阶模态的影响进行分析。其次,采用正交试验的方法,分析X轴导轨的竖向和侧向气膜刚度、床身质量、隔振气垫刚度等机械系统参数对机床双轴耦合振动的影响程度大小,并初步得到使耦合振动达到最小的参数组合。在正交试验的基础上进一步分析得到各机械系统参数对机床双轴耦合振动的具体影响规律。再次,在Simulink模块下,建立机床Z轴的伺服控制系统模型,并整定控制系统参数。在Adams中建立机床的多体动力学模型,并分析机床在切削力和不同Z轴电机力作用下的动态响应。根据机床控制系统和机械系统间的输入输出关系,建立机床的机电耦合模型并对其进行动力学仿真,对工件质量、Z轴负载质量、床身质量以及控制系统参数对机床双轴耦合振动的影响进行分析。最后,对超精密车床开展双轴耦合振动实验,测量不同X轴导轨气膜刚度下的耦合振动加速度,分析气膜刚度对耦合振动的影响。测量不同Z轴控制系统带宽下的耦合振动加速度,分析Z轴控制系统带宽对耦合振动的影响。通过比较仿真结果和实验结果,验证仿真结果的正确性。