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數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的控制核心，是實現(xiàn)前瞻、加減速和插補、規(guī)劃進給速度以及輸出控制指令。傳統(tǒng)插補器是基于恒進給速度設計，加速度不連續(xù)，易對伺服進給系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊，引起系統(tǒng)振動。為了生成平滑的指令速度和加速度，以樣條插補技術和小線段連續(xù)插補技術為代表的加速度連續(xù)或限制插補技術了發(fā)展和應用。但是，這些方法沒有考慮到伺服進給系統(tǒng)的特性和機械慣性作用，在高速高精場合下，伺服系統(tǒng)和機械系統(tǒng)無法準確及時復現(xiàn)指令輸入。因此，數(shù)控技術的核心問題是考慮伺服驅(qū)動、進給系統(tǒng)機械特性的速度規(guī)劃和聯(lián)動控制策略，此外還需考慮結構禍合對各軸運動的影響，通過分析加速度、慣性力與目標點軌跡偏差之間的關系，將加速度作為優(yōu)化目標，提出的速度規(guī)劃方法。

多軸聯(lián)動是數(shù)控機床與普通機床的本質(zhì)區(qū)別。在多軸聯(lián)動高速加工過程中，各進給軸絕大多數(shù)時間處在頻繁加減速運動狀態(tài)下，勻速運動所占比例很小，而且各軸之間的運動狀態(tài)和運動性能又各不相同，這就導致對多軸聯(lián)動過程的目標軌跡控制變得困難。因此，在高速運動下實現(xiàn)聯(lián)動控制是數(shù)控機床面臨的主要挑戰(zhàn)，下面主要從機械系統(tǒng)、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)3個方面闡述其聯(lián)動控制的核心技術問題。

機械系統(tǒng)是聯(lián)動控制的對象，作為機床傳動、支撐和導向的主體，在結構上主要有單直線軸、轉(zhuǎn)擺臺、轉(zhuǎn)擺頭、結構禍合多直線軸等多種形式，組成上主要包括基礎大件、移動部件和各類動靜結合部，其系統(tǒng)動態(tài)特性取決于各種組成零部件動態(tài)特性及各類動靜結合部的物理特性，而其特性好壞又直接決定了伺服進給系統(tǒng)的控制性能。

在高速條件下，機械系統(tǒng)結構形式的分布位置變化、移動部件的速度和加速度變化和所受負載的變化，都會造成機械系統(tǒng)動態(tài)特性較準靜態(tài)發(fā)生改變。因此，機械環(huán)節(jié)面臨的核心問題是要分析系統(tǒng)零部件和動靜結合部在不同位移/姿態(tài)和運動狀態(tài)(速度、加速度)下所受到的移動部件重力、加工切削力、預緊力、摩擦力和慣性力等多源力以及其物理行為特性，實現(xiàn)系統(tǒng)全工作狀態(tài)下的動力學性能定量計算與分析，進而對機械系統(tǒng)結構形式、零部件布局和尺寸參數(shù)以及裝配過程參數(shù)等進行主動設計。

伺服驅(qū)動系統(tǒng)是進給系統(tǒng)的能量輸入環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)進給系統(tǒng)運動的動力源。由于電機結構非線性和驅(qū)動電路非線性，直線電機及旋轉(zhuǎn)伺服電機輸出的力矩并不是名義指令力矩，而是存在多階干擾諧波成分。在高速場合，進給軸處于不斷加減速或頻繁換向狀態(tài)，此時伺服進給系統(tǒng)的跟隨誤差受到數(shù)控指令頻寬、伺服系統(tǒng)帶寬以及伺服參數(shù)的共同影響，僅靠調(diào)整伺服參數(shù)無法減小跟隨誤差和其運動性能。此外，在多軸聯(lián)動加工場合，由于各軸的伺服特性、機械特性各不相同，數(shù)控系統(tǒng)分配給各軸的指令也不相同，導致各軸跟隨誤差不協(xié)調(diào)，造成聯(lián)動精度下降。因此，伺服驅(qū)動系統(tǒng)面臨的核心問題是研究電機結構非線性(磁鏈諧波、三相繞組不對稱、繞組匝間短路故障、齒槽效應及直線電機*的端部效應等)和驅(qū)動電路存在非線性(三相驅(qū)動電壓不對稱、寄生電容、死區(qū)效應以及電流傳感器反饋誤差等)因素對電機力/力矩特J睦的影響機制，提出基于諧波特征的補償策略，實現(xiàn)中間解禍，并根據(jù)位移波動的允差設計出控制策略。另外，需研究加減速段伺服進給系統(tǒng)跟隨誤差的形成機制，提出相應的伺服控制方法，提高單軸控制精度和多軸聯(lián)動精度。

要提高機床的精度和熱性能，在設計階段，從提高機床的熱特性、熱剛度入手，實現(xiàn)機床的主動熱控，從根本上提高機床的熱性能。雖然人們自20世紀40年代就已開始對機床熱特性進行研究，但是由于傳統(tǒng)機床在精度和速度上沒有現(xiàn)代制造要求的這么高，熱問題不嚴重，且由于機床及其部件類型和負載的多樣性、結構的復雜性以及機床溫度場和熱變形受多種因素的影響，故其研究一般都是針對具體機床，采用實驗研究法或數(shù)值模擬法，分析機床的各種熱源及其對機床溫度場的影響，在機床熱設計方面就形成了“頭疼醫(yī)頭、腳疼醫(yī)腳”的現(xiàn)象，沒有形成系統(tǒng)的理論、方法和分析工具，這顯然與當前機床高速發(fā)展的要求不相適應。

大量研究與加工實踐表明，對于高速機床，由熱變形引起的加工制造誤差所占的比例為40%~70%，熱問題已成為影響機床精度的關鍵因素。為了減小機床熱變形對加工精度和精度穩(wěn)定性的影響，需要從設計、制造和使用等方面進行綜合分析與優(yōu)化。減少機床熱誤差的主要方法有兩種：一是在設計階段提高機床的熱特性；二是在運行階段對機床進行熱誤差補償。目前常用的是在數(shù)控系統(tǒng)中根據(jù)熱變形進行熱誤差補償。熱誤差補償法在范圍內(nèi)可提高加工精度，有助于降低設計制造成本。但是，它是一種被動的和事后補償?shù)姆椒?，其補償范圍和性具有的限制。當一個機床的熱特性比較差的時候，僅靠事后的熱補償是無法滿足加工精度要求的。