數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的控制核心，是實(shí)現(xiàn)前瞻、加減速和插補(bǔ)、規(guī)劃進(jìn)給速度以及輸出控制指令。傳統(tǒng)插補(bǔ)器是基于恒進(jìn)給速度設(shè)計(jì)，加速度不連續(xù)，易對(duì)伺服進(jìn)給系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊，引起系統(tǒng)振動(dòng)。為了生成平滑的指令速度和加速度，以樣條插補(bǔ)技術(shù)和小線段連續(xù)插補(bǔ)技術(shù)為代表的加速度連續(xù)或限制插補(bǔ)技術(shù)了發(fā)展和應(yīng)用。但是，這些方法沒(méi)有考慮到伺服進(jìn)給系統(tǒng)的特性和機(jī)械慣性作用，在高速高精場(chǎng)合下，伺服系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)無(wú)法準(zhǔn)確及時(shí)復(fù)現(xiàn)指令輸入。因此，數(shù)控技術(shù)的核心問(wèn)題是考慮伺服驅(qū)動(dòng)、進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械特性的速度規(guī)劃和聯(lián)動(dòng)控制策略，此外還需考慮結(jié)構(gòu)禍合對(duì)各軸運(yùn)動(dòng)的影響，通過(guò)分析加速度、慣性力與目標(biāo)點(diǎn)軌跡偏差之間的關(guān)系，將加速度作為優(yōu)化目標(biāo)，提出的速度規(guī)劃方法。

多軸聯(lián)動(dòng)是數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的本質(zhì)區(qū)別。在多軸聯(lián)動(dòng)高速加工過(guò)程中，各進(jìn)給軸絕大多數(shù)時(shí)間處在頻繁加減速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，勻速運(yùn)動(dòng)所占比例很小，而且各軸之間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)性能又各不相同，這就導(dǎo)致對(duì)多軸聯(lián)動(dòng)過(guò)程的目標(biāo)軌跡控制變得困難。因此，在高速運(yùn)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制是數(shù)控機(jī)床面臨的主要挑戰(zhàn)，下面主要從機(jī)械系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)3個(gè)方面闡述其聯(lián)動(dòng)控制的核心技術(shù)問(wèn)題。

機(jī)械系統(tǒng)是聯(lián)動(dòng)控制的對(duì)象，作為機(jī)床傳動(dòng)、支撐和導(dǎo)向的主體，在結(jié)構(gòu)上主要有單直線軸、轉(zhuǎn)擺臺(tái)、轉(zhuǎn)擺頭、結(jié)構(gòu)禍合多直線軸等多種形式，組成上主要包括基礎(chǔ)大件、移動(dòng)部件和各類動(dòng)靜結(jié)合部，其系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性取決于各種組成零部件動(dòng)態(tài)特性及各類動(dòng)靜結(jié)合部的物理特性，而其特性好壞又直接決定了伺服進(jìn)給系統(tǒng)的控制性能。

在高速條件下，機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的分布位置變化、移動(dòng)部件的速度和加速度變化和所受負(fù)載的變化，都會(huì)造成機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性較準(zhǔn)靜態(tài)發(fā)生改變。因此，機(jī)械環(huán)節(jié)面臨的核心問(wèn)題是要分析系統(tǒng)零部件和動(dòng)靜結(jié)合部在不同位移/姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(速度、加速度)下所受到的移動(dòng)部件重力、加工切削力、預(yù)緊力、摩擦力和慣性力等多源力以及其物理行為特性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全工作狀態(tài)下的動(dòng)力學(xué)性能定量計(jì)算與分析，進(jìn)而對(duì)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式、零部件布局和尺寸參數(shù)以及裝配過(guò)程參數(shù)等進(jìn)行主動(dòng)設(shè)計(jì)。

伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是進(jìn)給系統(tǒng)的能量輸入環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源。由于電機(jī)結(jié)構(gòu)非線性和驅(qū)動(dòng)電路非線性，直線電機(jī)及旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)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(chǎng)合，進(jìn)給軸處于不斷加減速或頻繁換向狀態(tài)，此時(shí)伺服進(jìn)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(wú)法減小跟隨誤差和其運(yùn)動(dòng)性能。此外，在多軸聯(lián)動(dòng)加工場(chǎng)合，由于各軸的伺服特性、機(jī)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(dǎo)致各軸跟隨誤差不協(xié)調(diào)，造成聯(lián)動(dòng)精度下降。因此，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)面臨的核心問(wèn)題是研究電機(jī)結(jié)構(gòu)非線性(磁鏈諧波、三相繞組不對(duì)稱、繞組匝間短路故障、齒槽效應(yīng)及直線電機(jī)*的端部效應(yīng)等)和驅(qū)動(dòng)電路存在非線性(三相驅(qū)動(dòng)電壓不對(duì)稱、寄生電容、死區(qū)效應(yīng)以及電流傳感器反饋誤差等)因素對(duì)電機(jī)力/力矩特J睦的影響機(jī)制，提出基于諧波特征的補(bǔ)償策略，實(shí)現(xiàn)中間解禍，并根據(jù)位移波動(dòng)的允差設(shè)計(jì)出控制策略。另外，需研究加減速段伺服進(jìn)給系統(tǒng)跟隨誤差的形成機(jī)制，提出相應(yīng)的伺服控制方法，提高單軸控制精度和多軸聯(lián)動(dòng)精度。

要提高機(jī)床的精度和熱性能，在設(shè)計(jì)階段，從提高機(jī)床的熱特性、熱剛度入手，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的主動(dòng)熱控，從根本上提高機(jī)床的熱性能。雖然人們自20世紀(jì)40年代就已開始對(duì)機(jī)床熱特性進(jìn)行研究，但是由于傳統(tǒng)機(jī)床在精度和速度上沒(méi)有現(xiàn)代制造要求的這么高，熱問(wèn)題不嚴(yán)重，且由于機(jī)床及其部件類型和負(fù)載的多樣性、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及機(jī)床溫度場(chǎng)和熱變形受多種因素的影響，故其研究一般都是針對(duì)具體機(jī)床，采用實(shí)驗(yàn)研究法或數(shù)值模擬法，分析機(jī)床的各種熱源及其對(duì)機(jī)床溫度場(chǎng)的影響，在機(jī)床熱設(shè)計(jì)方面就形成了“頭疼醫(yī)頭、腳疼醫(yī)腳”的現(xiàn)象，沒(méi)有形成系統(tǒng)的理論、方法和分析工具，這顯然與當(dāng)前機(jī)床高速發(fā)展的要求不相適應(yīng)。

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