高速數控加工技術是一門綜合技術，實際應用中還有許多問題等待解決。這些問題包括：高速機床的動態、熱態特性，刀具材料、幾何形狀與耐用度的關係，高速機床刀具、工夾具及工藝參數，冷卻潤滑、切屬排除和安全操作，CNC高速高精度控制系統等。近來，航空工業總公司為了解決在航空領域中數控加工的綜合技術問題，在北京航空工藝研究所成立了“數控制造技術航空科技重點實驗室”（LANCMT），將高速數控加工技術列為主要研究內容之一。
本文從主軸控制、伺服系統、CNC系統等方面，對超高速數控機床的控制系統作一介紹。
1. 矢量控制的PWM交流變頻控制器
電主軸是高速數控機床的關鍵部件，目前國際上最高水平的電主軸產品如瑞士Fisher公司產品，nmax＝40000r/min，P＝40kw；法國 Forest-Line公司的產品ORB17，nmax＝40000r/min，P＝40kW，M＝9.5N·m等。軸承多採用陶瓷球軸承、磁浮軸承和空氣靜壓軸承。高水平的電主軸從靜止到最高速僅需1.5s，加速度達到1g。這些參數要求主軸控制器具有極高的動態品質、精度、可靠性和可維護性。矢量控制的PWM交流變頻系統是這種控制的最佳選擇。
矢量控制包括坐標變換、矢量運算（非線性的複雜運算）及參數檢測。對於交流電動機瞬時值進行控制的必要條件是高速運算。應用專用CPU的32位DSP提高了運算速度，執行一條指令只需見納秒，從而達到了轉矩快速響應的目標。高速化的另一個因素是採用了固體驅動電路。全數字化的H/W電流控制系統，電動機轉速的自適應辨識系統和電壓、電流測試信號經過採樣數據的處理，求出可信度極高的電動機動態參數值。這種關量控制PWM變頻器的性能及規格要求是：採用矢量控制，在1Hz時有150％以上的高啟動轉矩；採用1GBT智能功率模塊，載波頻率高（＞15kHz）；採用 32位DSP（Digital Signal Processor）及MPU晶元，由雙CPU實現全信號數字處理的複雜矢量運算和PWM控制；故障自診斷監控及顯示；參數自檢測和離線自設定功能；基於神經網路的自適應轉速辨識能力；兩種速度控制方式：恆轉矩和恆功率；輸出頻率範圍0.1～400Hz；加減速時間等於0.1～300s等。
2. 快速響應，高定位精度，瞬時變結構，實時控制伺服系統和直線電動機驅動
超高速加工不但要求機床有極高的主軸速度，而且要求有很高的進給速度和加速度、進給速度一般大於30m/min，加速度達到1g。在滾珠絲杠驅動方式下其極限值約為60m/min和1g，而使用直線電動機后可達到160m/min以上和2.5g以上，定位精度可高達0.5～0.05µm。採用快速、精密、高速度和耐用的直線電動機，避免了滾珠絲杠（齒輪，齒條）傳動中的反向間隙、慣性、摩擦力和剛度不足等缺點，實現了無接觸直接驅動，可獲得一致公認的高精度、高速度位移運動（在高速位移中的極高的定位精度和重複定位精度），並獲得極好的穩定性。但要達到這些要求，必須有高性能和高靈敏度的伺服驅動系統。
目前，全數字交流驅動系統已作為產品得到較普遍應用，它為伺服控制的高靈敏度及變結構控制打下了基礎。用專用CPU進行電流環、速度環、位置環的全閉環控制，採用前饋控制，利用伺服跟蹤預測進行前向補償以減少跟蹤誤差，加快了響應速度，增加了非線性補償控制功能，補償了驅動機械靜摩擦和粘性阻力產生的誤差；利用魯棒控制理論進行自校正控制，克服了轉矩慣性及負載變化引起的誤差；在高速運動中為保證高定位精度，而應用磁式高解析度絕對位置編碼器，如每轉100萬條刻線，解析度0.01µm等先進技術，為了達到高速加工中的響應速度快、抗干擾能力強及高的定位精度等優良性能，目前多採用一種變結構的伺服控制方式。這種控制方式能夠在系統瞬態變化過程中改變系統結構，而這種變化是由系統當前的狀態所決定的。且這種系統具有對系統參數及外擾變化的不敏感性，並能夠改善系統的動態特性，使系統快速、準確地定位或跟蹤給定曲線。
3. 精簡指令集的CNC控制系統
為了在超高速加工複雜零件時獲得高精度，許多CNC系統採用了精簡指令集系統，簡稱RISC。它可以計算系統參數產生的預期誤差，並根據實際需要進行修正，從而使實際軌跡精確地跟蹤編程軌跡，消除跟蹤誤差。RISC還具有控制加、減速，優化執行程序等功能。這種系統（以FANUC16，西門子840為代表）均已採用32位CPU，有些已採用64位CPU，並帶有小型資料庫，兼有CAM功能，具有MAP3.0通訊能力；採用C語言編程，具有工具監控功能。
