高速数控加工技术是一门综合技术，实际应用中还有许多问题等待解决。这些问题包括：高速机床的动态、热态特性，刀具材料、几何形状与耐用度的关系，高速机床刀具、工夹具及工艺参数，冷却润滑、切属排除和安全操作，CNC高速高精度控制系统等。近来，航空工业总公司为了解决在航空领域中数控加工的综合技术问题，在北京航空工艺研究所成立了“数控制造技术航空科技重点实验室”（LANCMT），将高速数控加工技术列为主要研究内容之一。

       1.矢量控制的PWM交流变频控制器

       电主轴是高速数控机床的关键部件，目前国际上最高水平的电主轴产品如瑞士Fisher公司产品，nmax＝40000r/min，P＝40kw；法国 Forest-Line公司的产品ORB17，nmax＝40000r/min，P＝40kW，M＝9.5N·m等。轴承多采用陶瓷球轴承、磁浮轴承和空气静压轴承。高水平的电主轴从静止到最高速仅需1.5s，加速度达到1g。这些参数要求主轴控制器具有极高的动态品质、精度、可靠性和可维护性。矢量控制的PWM交流变频系统是这种控制的最佳选择。

       矢量控制包括坐标变换、矢量运算（非线性的复杂运算）及参数检测。对于交流电动机瞬时值进行控制的必要条件是高速运算。应用专用CPU的32位DSP提高了运算速度，执行一条指令只需见纳秒，从而达到了转矩快速响应的目标。高速化的另一个因素是采用了固体驱动电路。全数字化的H/W电流控制系统，电动机转速的自适应辨识系统和电压、电流测试信号经过采样数据的处理，求出可信度极高的电动机动态参数值。这种关量控制PWM变频器的性能及规格要求是：采用矢量控制，在1Hz时有150％以上的高启动转矩；采用1GBT智能功率模块，载波频率高（＞15kHz）；采用 32位DSP（Digital Signal Processor）及MPU芯片，由双CPU实现全信号数字处理的复杂矢量运算和PWM控制；故障自诊断监控及显示；参数自检测和离线自设定功能；基于神经网络的自适应转速辨识能力；两种速度控制方式：恒转矩和恒功率；输出频率范围0.1～400Hz；加减速时间等于0.1～300s等。

       2.快速响应，高定位精度，瞬时变结构，实时控制伺服系统和直线电动机驱动

       超高速加工不但要求机床有极高的主轴速度，而且要求有很高的进给速度和加速度、进给速度一般大于30m/min，加速度达到1g。在滚珠丝杠驱动方式下其极限值约为60m/min和1g，而使用直线电动机后可达到160m/min以上和2.5g以上，定位精度可高达0.5～0.05µm。采用快速、精密、高速度和耐用的直线电动机，避免了滚珠丝杠（齿轮，齿条）传动中的反向间隙、惯性、摩擦力和刚度不足等缺点，实现了无接触直接驱动，可获得一致公认的高精度、高速度位移运动（在高速位移中的极高的定位精度和重复定位精度），并获得极好的稳定性。但要达到这些要求，必须有高性能和高灵敏度的伺服驱动系统。

       目前，全数字交流驱动系统已作为产品得到较普遍应用，它为伺服控制的高灵敏度及变结构控制打下了基础。用专用CPU进行电流环、速度环、位置环的全闭环控制，采用前馈控制，利用伺服跟踪预测进行前向补偿以减少跟踪误差，加快了响应速度，增加了非线性补偿控制功能，补偿了驱动机械静摩擦和粘性阻力产生的误差；利用鲁棒控制理论进行自校正控制，克服了转矩惯性及负载变化引起的误差；在高速运动中为保证高定位精度，而应用磁式高分辨率绝对位置编码器，如每转100万条刻线，分辨率0.01µm等先进技术，为了达到高速加工中的响应速度快、抗干扰能力强及高的定位精度等优良性能，目前多采用一种变结构的伺服控制方式。这种控制方式能够在系统瞬态变化过程中改变系统结构，而这种变化是由系统当前的状态所决定的。且这种系统具有对系统参数及外扰变化的不敏感性，并能够改善系统的动态特性，使系统快速、准确地定位或跟踪给定曲线。

       3.精简指令集的CNC控制系统

       为了在超高速加工复杂零件时获得高精度，许多CNC系统采用了精简指令集系统，简称RISC。它可以计算系统参数产生的预期误差，并根据实际需要进行修正，从而使实际轨迹精确地跟踪编程轨迹，消除跟踪误差。RISC还具有控制加、减速，优化执行程序等功能。这种系统（以FANUC16，西门子840为代表）均已采用32位CPU，有些已采用64位CPU，并带有小型数据库，兼有CAM功能，具有MAP3.0通讯能力；采用C语言编程，具有工具监控功能。

       在直线电动机尚未普通投入市场的前提下，为了提高系统运行的可靠性，提高产品质量和加工效率，目前较先进NC系统均带有下述功能：

       故障诊断的人工智能（AI）功能。在系统中存储了机械故障原因信息及如何消除这些故障的知识库，具有推理系统，利用知识库找出产生机械故障的原因；

       随着CNC内存的扩大而装有小型工艺数据库，可以进行一些刀具、材料、切削参数等工艺参数选择控制；

       具有很强的图形功能，可显示加工零件图形、走刀轨迹、加工过程动态模拟功能，具有形象、直观、高效的优点，便于提高效率，使高速加工过程中尽量少出现各种误差；

       实现加工高速化的另一个途径是尽可能提供较强的插补功能。在直线、圆弧插补基础上，应用样条、渐开线、极坐标、圆柱、指数函数和三角函数等特殊曲线插补。

       CNC的高速化，不仅体现在高速加工上，而且还表现在非加工时间的缩短上。为此开发了一种高速专用PLC，主要体现在提高基本指令的执行速度。

       配置了一种自动测量机功能，对加工零件进行自动检测，采用刀具长度测量功能并配有五轴刀具补偿功能，可进行刀具校正；

       自动重新运转功能 在NC加工中一旦刀具破损，则要重新开始加工，所以，必须有刀具退出、返回、加工的重新开始以及在退出旧刀具装上新刀具后，返回中断点开始新的加工功能；

       双边同步技术 在龙门移动型高速数控铣床中，当龙门间有效行程大于2m时，必须采用双边同步系统。主轴功率在20kW以上的较重型的机床，双边同步随动系统采用主从式交叉反馈原理，一般控制最大双边间跟随误差小于0.01mm。