超精密零件在航空航天、医疗、电子等行业有着广泛的应用,作为超精密零件的加工基础,超精密加工技术是我国前沿科技发展的重要先进技术之一,是评价一个国家工业技术水平的标准之一。在进行超精密加工时,被加工零件表面会“复映”大量的加工过程状态信息,如果能将加工过程状态进行监测,找到状态参数与加工表面之间的映射关系,可以一定程度上实现加工透明化,为之后的超精密机床的数字化、智能化打下基础。为此,本论文针对如何提升超精密零件表面质量的问题,开展超精密机床加工过程状态监测及车削表面频域分析研究。搭建了针对超精密机床的加工过程状态监测硬件系统并编写了状态监测系统的上位机软件。根据超精密机床的状态监测需求,设计了状态监测系统的总体框架;根据超精密机床的精度要求,选取硬件设备,并对硬件设备进行了连接搭建。设计了软件编写的总框架,编写了上位机监测软件。实现了对超精密机床振动信号、运动信号、介质压力信号、以及环境温度信号等加工过程状态参数的监测。基于切削原理与刀具干涉原理,对考虑加工过程状态参数影响下的超精密车削三维表面进行了建模。首先根据刀具参数、材料参数、切削参数建立超精密车削二维表面轮廓模型。选定端面、柱面、锥面以及球面进行仿真计算,建立加工时刀具在加工表面上的轨迹方程。将刀具轨迹结合二维表面轮廓,得到三维模型的建模方程式。将监测到的加工过程状态参数的变化叠加到三维表面上,建立了考虑加工过程状态参数的三维表面形貌理论模型。选取面域功率谱密度分析方法,在频域范围内对超精密车削三维表面的高度数据进行了分析,得到加工过程状态参数的频率与车削表面频率的对应关系,并通过计算对应频率的表面功率实现了加工过程状态参数对表面粗糙度影响的定量分析。在超精密机床上分别进行了端面、柱面、锥面以及球面车削加工实验,分别分析仿真表面与实验表面在频域内的特征,验证了三维表面模型与表面频域算法的正确性。