生产母机精度的不断提高是 产品精度与质量提高的保证。以单点金刚石车削为例，第 一代超精密车削加工技术是 20世纪60年代由美国发展的金刚石刀具及气体、液体静压 轴承及导轨技术等推动发展起来的。其标志性成果是 1984年美国劳伦斯利弗摩尔国家实验室(LLNL)研制的大型超精密金刚石车床(LODTM)，以及以大型非 球面光学零件超精密加工为目标的超精密机床研究计划一一POMA计划的推进。进入21世纪，第 二代的超精密单点金刚石车床采用了直线电机驱动及快刀伺服技术等，使超精密车削加工技术发展到非 回转对称及微结构自由曲面等加工，设备的精度也有所提高。基座部分也替换为性能更为理想的花岗石平台，以减小外界环境对加工误差产生的影响。
自20世纪80年代，国内有关单位在研制气体静压主轴及导轨等基础上开始了单点金刚石切削加工设备的开发，90年代初北京机床研究所、北京航空精密机械研究所等陆续研制成功结构功能简单的超精密车床、超精密撞床等设备，可以进行平面、外圆及内孔 等简单特征的超精密切削加工。
 国内超精密加工技术发展的里程碑是 非 球面曲面超精密加工设备的研制成功。光学非 球面零件由于具有优越的光学性能，可以提高成像质量并简化光路和结构，在军工及民用行业得到了广泛应用。当年只有欧美及日本等国能够制造非 球面超精密加工设备，而国内引进受限且价格昂贵。于是 非 球面超精密加工设备的研制成为国家九五期间先进制造技术领域的重点任务，到九五末期，北京航空精密机械研究所、航天科技九院兴华机械厂以及哈尔滨工业大学等单位陆续研制成功代表当时国内超精密加工最 高技术水平的非 球面超精密切削加工设备，打破了国外的技术封锁，随之国内超精密加工技术在惯性器件、光学制造等行业得到了较快的应用和发展，之后还陆续研制成功了中大口径的非 球面超精密车床。由于国内超精密加工设备的发展，英、美等国陆续解除了该类型超精密装备对我国的禁运，并且设备价格一路下滑，这对国内的超精密基础部件研究和超精密加工装备研制产生了很大的冲击，使我国多数超精密装备研制单位并没有形成完整的基础研究能力与工程化及产业化规模。
随着产品功能和性能的进一步提高，从21世纪初开始对光学自由曲面、微小精密零件以及微结构功能表面等需求日益迫切，例如光学自由曲面能改善校正像差、改善像质、扩大视场等系统性能，同时能简化光学系统结构、减轻重量，因而已成为新一代光学系统的核心关键器件，特别在光学成像系统中在军工和民用领域具有广泛的应用背景；微结构功能表面的微结构具有纹理结构规则、高深宽比、几何特性确定等特点，由于这些呈特定的拓扑结构分布的表面微结构使得元件具有某些特定的功能，如粘附性、摩擦性、润滑性、耐磨损性等物理、化学性能等。例如，在航空、航天飞行器宏观表面加工出微纳结构形成功能性表面图，不仅可以减小飞行器的风阻、摩阻，减小摩擦，同时可避免结冰层形成，提高空气动力学、热力学功能以及突防能力，从而达到增速、增程、降噪、隐身等目的。随着高精度传感器等器件结构的微小型化、工作部位尺寸及形位精度等级的亚微米化，以及新型材料的应用，微小结构零组件装夹、定位、找正的精细化，刀具的小型化和加工进给量的微量化、非 接触面型和尺寸测量显微化等一系列技术难题对传统精密超精密加工设备及工艺也提出了严峻挑战。
原有的第 一代超精密加工设备已经无法满足复杂结构特征的超精密加工需求，国内从事超精密加工技术研究的多家高校和研究所紧密跟 踪国外的先进技术，在研究基于直线电机驱动的液体静压导轨、超精密位置伺服控制主轴、超精密数控系统及复杂曲面轨迹规划及编程等关键技术的基础上，研发了多轴超精密数控切削加工设备，并开发了快速刀具伺服及慢拖板伺服超精密切削加工等工艺，完成了太赫兹束控赋值曲面、微透镜阵列、双正弦曲面等典型复杂曲面和微结构特征的超精密加工，进一步缩小了与国外在超精密数控加工设备和工艺方面的差距。同时，针对典型产品的工程化应用，国内开发了超精密数控磨床、微结构特征大尺寸模辊超精密加工设备、振动切削刀架等，实现了典型模具材料的超精密加工，从而为实现光学功能元件的确定性、经济性与柔性大批量复制生产奠定了基础。
随着光学探测、空间遥感以及极大规模集成电路等领域的需求牵引，对大口径光学透镜及反射镜的高效超精密加工提出了要求。大口径高精度光学元件的制造一直是 超精密加工技术的重要研究方向之一，确定性超精密研抛是 其工艺原理。确定性超精密研抛技术也称为可控柔性加工技术，其基本原理是 通过改变柔性研抛头的形状、压力、运动形式等参数，得到研抛头的去除函数，同时通过驻留时间的控制达到工件面型误差的收敛，最 终提高工件面型精度和表面质量。确定量超精密研抛加工工艺技术的研究热点包括可控性良好的研抛新原理新方法、残余误差的定量去除算法、中高频误差控制和抑制技术等。高精度非 球面光学零件(包括大型非 球面镜、高陡度非 球面镜、离轴非 球面镜和拼接子镜、自由曲面镜等)的确定性超精密研抛工艺及加工设备已成为超精密加工技术发展的重点之一。
近年来国内以空间遥感卫星相机的大口径光学透镜、激光核聚变楔形透镜、极大规模集成电路紫外/极紫外光刻机物镜等重大需求为牵引，高校、中科院及各军工集团的专业研究所等在小磨头抛光的基础上，研发了一系列超精密数控研抛加工工艺及设备，例如磁流变抛光、离子束抛光、射流抛光、应力盘抛光和气囊抛光等，这些设备有的已接近国际先进水平，并得到了较好的工程化应用。
此外，在一些特殊的专业领域对超精密加工设备及工艺也提出了新的要求，例如近年来发展的抗疲劳制造技术与第 一代成形制造技术及第 二代表面完整性制造技术相比，可用于航空发动机主承力件、运动件、连接件以及大理石平台基座等关键构件(如齿轮、轴承、叶片、盘轴类零件、对接螺栓等)的制造，将会显著提高航空武器装备的使用寿命。抗疲劳制造技术的核心技术之一是 精密超精密加工工艺，提高关键构件的加工精度及表面质量、控制加工工件表面完整性，提高构件的疲劳强度，改善表面应力状态及疲劳性能，最 终提高零件的疲劳寿命。普通精密数控加工设备已经无法满足航空关键构件的抗疲劳制造需求，针对不同材料、不同结构的航空构件需要采用超精密数控磨床、超精密数控加工中心等通用超精密加工设备，同时还需研发一些专用超精密加工设备，才能最 终达到航空关键构件抗疲劳制造技术的要求。
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