高速加工需要高速的主軸單元和高速的機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元。高的進(jìn)給速度也要求高的加速度。比如，高速機(jī)床的行程通常為500～1 000mm之間，在如此短的距離內(nèi)使機(jī)床進(jìn)給速度從零增大到40m/min，則機(jī)床的進(jìn)給加速度值應(yīng)超過1g(9.8m/s2)。在進(jìn)行曲面加工時(shí)，進(jìn)給加速度更為重要。它的加速度與進(jìn)給速度的平方成比例。如果一臺(tái)伺服電機(jī)不能產(chǎn)生足夠高的加速度，它就無法進(jìn)行高速、高精度的加工。目前，主軸單元主要采用矢量控制的交流異步電機(jī)，由于異步電機(jī)轉(zhuǎn)子的發(fā)熱，現(xiàn)在也采用內(nèi)冷的高速主軸電機(jī)；另外也研究同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)大的進(jìn)給加(減)速度，目前直線電機(jī)已越來越多地被采用。高速加工時(shí)，安全問題十分重要。因?yàn)楦咚偌庸ぶ械那行季拖褡訌椧粯由涑觯詫?duì)系統(tǒng)的安全要求非常高。
CNC系統(tǒng)把輸入的零件程序轉(zhuǎn)換成要加工的形狀軌跡，進(jìn)給率和其他的指令信息,連續(xù)地把位置指令送給每個(gè)伺服軸。為了得到高速和高精，CNC必須根據(jù)零件加工的形狀軌跡選擇最佳的進(jìn)給率，在允許的精度內(nèi)以盡量高的進(jìn)給率產(chǎn)生位置指令。特別在拐角處和小半徑處，CNC應(yīng)能判別在多大的加工速度變化時(shí)會(huì)影響精度，而在刀具到達(dá)這樣的點(diǎn)前使刀具的切線速度自動(dòng)減速。對(duì)于模具加工，一般程序段很小，但是程序很長，因此還必須利用特殊的控制方法實(shí)現(xiàn)高精和高速的加工。伺服系統(tǒng)要求準(zhǔn)確而快速的驅(qū)動(dòng)，才能高速加工出高精度的機(jī)械零件。為此，伺服系統(tǒng)必須具有快速響應(yīng)的能力、抑制擾動(dòng)的能力，同時(shí)要求伺服系統(tǒng)不產(chǎn)生振動(dòng)，消除與機(jī)床產(chǎn)生的共振。
高精、高速加工對(duì)CNC的要求可以歸結(jié)為：
(1) 能夠高速度處理程序段。
(2) 能夠迅速、準(zhǔn)確地處理和控制信息流，使其加工誤差控制為最小。
(3) 能夠盡量減少機(jī)械的沖擊，使機(jī)床平滑移動(dòng)。
(4) 要有足夠容量，可以讓大容量加工程序高速運(yùn)轉(zhuǎn)；或者具有通過網(wǎng)絡(luò)傳遞大量數(shù)據(jù)的能力。
(5) 具有高分辨率、高速度工作的伺服電機(jī)、主軸電機(jī)、傳感器。
(6) 由于在高速情況下加工，因此可靠性和安全性十分重要。
高速、高精的功能主要有以下方面：
1、進(jìn)給率控制和加(減)速度處理功能(包括拐角減速處理) ：在高速加工時(shí)誤差主要是由于控制系統(tǒng)加(減)速的滯后和伺服系統(tǒng)的滯后引起的。因此，控制系統(tǒng)要設(shè)法減少這兩方面的誤差。比如采用前饋控制減少伺服滯后產(chǎn)生的誤差。采用數(shù)字伺服技術(shù)，改進(jìn)伺服控制。由于采用了數(shù)字伺服技術(shù)，伺服系統(tǒng)的速度增益和位置增益都可以提高，因而也減少了伺服滯后產(chǎn)生的誤差。減少加(減)速滯后產(chǎn)生的誤差。在高速加工中，加(減)速和進(jìn)給率是最重要的參數(shù)，只有在不同的加工形狀時(shí)嚴(yán)格控制加(減)速和進(jìn)給率才能實(shí)現(xiàn)高速加工工藝。大的進(jìn)給率在系統(tǒng)過渡過程中會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，如拐角等。為了實(shí)現(xiàn)高速加工，必須對(duì)進(jìn)給率進(jìn)行控制。另外，采用插補(bǔ)前的加(減)速也能減少加(減)速滯后產(chǎn)生的誤差。
2、前瞻控制(Look-ahead control)，如果在不同的加工形狀時(shí)對(duì)進(jìn)給率和加減速進(jìn)行預(yù)計(jì)算，使得數(shù)控系統(tǒng)在程序編制以后、執(zhí)行以前，預(yù)先計(jì)算出各程序段的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)速度；即對(duì)將要運(yùn)行的程序進(jìn)行預(yù)先處理，根據(jù)上面提到的控制進(jìn)給率和加、減速度方法，預(yù)先計(jì)算出一些程序段的進(jìn)給率和加、減速度，進(jìn)而計(jì)算出運(yùn)動(dòng)的幾何軌跡，然后送到多段緩沖器，當(dāng)運(yùn)行時(shí)刀具按一定的速度高速運(yùn)動(dòng)，而加工形狀的誤差卻仍然小。這就是“前瞻控制”，有時(shí)也稱為“先行控制”、“向前看控制”的原理。
3、利用遠(yuǎn)程緩沖器、DNC運(yùn)行的高速分配，對(duì)于加工大量程序組成的零件，必須快速從輸入端向CNC系統(tǒng)傳遞程序。CNC讀一段程序后，計(jì)算出該程序的數(shù)據(jù)，對(duì)每軸產(chǎn)生分配脈沖，并把它傳送給伺服系統(tǒng)使伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。產(chǎn)生分配脈沖的時(shí)間(程序段處理的時(shí)間) 是表示CNC性能一個(gè)重要的因素。對(duì)于一程序段，高速DNC的運(yùn)行允許(利用遠(yuǎn)程緩沖器)產(chǎn)生分配脈沖所需要的時(shí)間大大減少。這個(gè)功能使產(chǎn)生一程序段的分配脈沖變短，于是，保證了一串小程序段組成的程序在程序段之間不停頓。例如，當(dāng)執(zhí)行DNC操作時(shí)，由一系列1mm程序段組成的程序(3軸連動(dòng)直線插補(bǔ))可以在 60m/min的速度下工作，而分配的執(zhí)行不中斷。由于采用了遠(yuǎn)程緩沖器的功能，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高速輸入,從而也保證了高速加工的進(jìn)行。
4、提高系統(tǒng)分辨率，比如，納米插補(bǔ)功能，它采用帶高速RISC的處理器，機(jī)械加工以納米為單位進(jìn)行插補(bǔ)可以使機(jī)械以最佳的進(jìn)給率與加工性能相匹配。
5、加加速度的控制，在曲線形狀運(yùn)動(dòng)時(shí)，加速度的變化可能引起機(jī)械的振動(dòng)，加加速度的控制就是自動(dòng)測(cè)出這樣的運(yùn)動(dòng)達(dá)到降低速度，減少機(jī)械沖擊以降低加工表面粗糙度值。
6、NURBS插補(bǔ)：當(dāng)采用CAD設(shè)計(jì)模具時(shí)，NURBS被廣泛地應(yīng)用于表示自由曲線，與一般的CNC相比較， NURBS具有較高的傳輸速率和較短的程序。同時(shí)加工出的機(jī)械零件更接近于CAD設(shè)計(jì)的幾何形狀。
對(duì)于高速、高精加工的功能，在選擇時(shí)，也要看以加工速度為主還是以加工精度為主而選擇功能。為了保證高速系統(tǒng)的加工誤差較小，系統(tǒng)需有誤差補(bǔ)償裝置。這些補(bǔ)償包括：全行程直線補(bǔ)償和非線性彎曲補(bǔ)償、螺距補(bǔ)償、間隙補(bǔ)償、過象限補(bǔ)償、刀具偏置和熱膨脹、靜摩擦、動(dòng)摩擦補(bǔ)償?shù)?。利用豐富的網(wǎng)絡(luò)功能和軟件包，可以構(gòu)建適合機(jī)床的最佳系統(tǒng)。(1)集中管理，可以采用一臺(tái)電腦控制多臺(tái)機(jī)床，便于進(jìn)行監(jiān)控、運(yùn)轉(zhuǎn)加工作業(yè)和進(jìn)行NC程序的傳送和管理。(2)遠(yuǎn)程支持和服務(wù)。未來數(shù)控處于高速狀態(tài)，因此對(duì)可靠性的要求非常高。雙檢功能就是保證數(shù)控系統(tǒng)安全工作的重要措施。
高精、高速加工技術(shù)是傳統(tǒng)數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展，它與傳統(tǒng)數(shù)控加工沒有本質(zhì)的區(qū)別。對(duì)于高精、高速數(shù)控加工，數(shù)控機(jī)床的目標(biāo)是要求高速度地加工出高精度的零件。為了在達(dá)到精度的基礎(chǔ)上進(jìn)行高速加工，有三個(gè)重要的因素：機(jī)械系統(tǒng)、CNC數(shù)控裝置和驅(qū)動(dòng)裝置。高速高精加工要求機(jī)床具有高剛度和較輕的移動(dòng)部件，特別是進(jìn)給和主軸部分。其次是CNC數(shù)控系統(tǒng)，它是發(fā)出速度和位置指令的單元。首先，要求指令能夠準(zhǔn)確而快速地傳遞，經(jīng)過處理后對(duì)每個(gè)坐標(biāo)軸發(fā)出位置指令，伺服系統(tǒng)必須按照該指令驅(qū)動(dòng)刀具準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)。
