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随着对精密数控加工的精度、效率、智能化等各方面的要求逐渐提高，精密数控加工难免会遇到一些技术难题甚至是瓶颈，下面列举精密数控加工发展过程中遇到的一些难点以及通过实践已经获得的技巧和经验。
（一）机床几何误差
机床几何误差的研究伴随着机床产生和发展的全过程，因此已有了相当长的历史。实际上，在机床发展的初始阶段，提高加工精度的主要方法就是提高机床自身的几何精度。机床各零部件的几何误差，最终均将反映在被加工工件的加工误差上，因此机床每一个零件的几何误差都是关注的对象。
（二）机床热变形误差
相对机床几何误差影响加工精度的认知，人们对机床热变形影响加工精度的问题发现的较晚。热变形误差产生的过程为：发热部位产生热量，热量通过接触面向周围传递，最终导致机床关键部件变形，从而产生误差。在精密加工领域，机床几何精度已经很高，此时的热变形误差成为影响机床加工精度的最主要因素之一。
（三）伺服误差
伺服系统是数控机床的重要组成部分，伺服系统的静态和动态特性的优良程度直接影响着机床的定位精度、加工精度和位移速度。伺服系统的误差是数控机床的主要误差源之一。由于数控机床伺服轴的运动不是人工控制，而是通过伺服电动机及其传动机构来驱动的，而伺服电动机则由数控加工程序指令来控制，因此伺服系统的结构和工作特性复杂，导致伺服误差的复杂变化。在多轴联动数控加工过程中，伺服系统处于非常频繁的加减速状态，使伺服误差发生更为复杂的变化，最终影响到工件的加工误差，伺服误差变化的复杂性更增加了对其控制的难度。
在数控机床加工控制中，各轴伺服系统准确跟踪指令的能力起着非常关键的作用。随着高精度、高速度加工的日益发展，对各轴伺服系统的跟踪性能提出了更为严格的要求，特别是在当今超精密加工中，对各轴伺服系统性能的要求到了极为苛刻的程度，靠常规控制方法已经难以实现。对于多轴数控加工，任意伺服轴运动轨迹的偏差或故障均会引起整个运动规律的变化，产生轮廓加工误差，因此各轴伺服系统不但要有很好的位置跟踪能力，还要有极高的可靠性和稳定性。
（四）振动与环境误差
在数控机床发展的初期，人们虽然早已认识到机床振动及环境条件对加工精度的影响，但由于加工精度要求比较低，振动及环境误差的影响并不明显，因此对振动及环境误差的研究未受到重视。应该说，对振动及环境误差问题的真正研究开始于精密加工的兴起。对于普通加工，机床振动及环境波动引起的误差在机床加工误差中所占分量很小，因此对机床地基及周围加工环境没有严格的要求。但是，对于精密加工，机床振动严重影响到加工工件的表面粗糙度，会影响0.1μm级的尺寸精度，给机床加工精度造成了很大危害，因此必须予以限制。
（五）检测误差
在数控机床加工过程中进行检测与监控已越来越普遍，机床装有各种类型的检测、监控装置。位置检测装置则是数控机床闭环伺服控制系统必不可少的重要组成部分。闭环伺服控制的数控机床的加工精度主要取决于检测系统的精度。
（六）几何误差的控制
减少和防止机床各零部件在制造和安装过程中的几何误差的措施，主要就是改进工艺和采用新材料。就几何误差而言，在机床各零部件中，其中构成机床的关键部件——主轴和导轨，其几何精度的高低，对数控机床的加工精度起着决定性影响，因此为了提高数控机床的精度，许多国家投入了大量的人力、物力用于研究和开发高精度的主轴轴系和导轨。近些年来，各类新型轴承和新型导轨的成功研制和应用，使机床主轴的回转精度得到大幅度提高，机床导轨的直线度也得到极大提高，进而大大提高了数控机床的精度，为进行精密、超精密加工提供了极为重要的物质基础。
由于机床各零部件几何精度是机床加工精度的基本保证，以及人们对高加工精度的向往和不断追求，所以防止和减少机床几何误差的研究必将是一个漫长而艰辛的过程，也必将不断涌现出新的工艺和材料。
（七）热变形误差的控制
降低热变形误差是提高加工精度的最好方法，这需要对环境条件，如温度、湿度等进行严格的控制，必要时可采用空气静压轴承和磁浮轴承，以减少摩擦和由此产生的热量。机床主轴单元功率大、发热严重，且其径向圆跳动和轴向窜动均直接反映在加工工件上，因此必须采用冷却措施使其温度不至于大范围变化。
热流控制有被动热流控制和主动热流控制之分。被动热流控制是将绝热物插入机床主要结构中，如机身、头架等，以控制热流，试图使每一单元热变形均匀，在被动热流控制中，绝热物不仅阻碍了热流，也形成了很好的温度场。适当地安装绝热物，可以使机床温度场和热流敏感性得到改善；主动热流控制是采用外部热源来改善机床的热变形，一方面使不对称温度分布化为对称分布，从而降低机床结构的热变形，另一方面也大大减少了精密机床的预热时间。
热稳定结构设计通过改变机床结构和热源设计来消除热量的影响。对机床热性能机理的研究及基于此提出的各种热变形理论为在设计阶段优化机床的热特性提供了理论支撑。但是，由于热变形误差受电动机和运动副所产生的热量及切削力、环境温度、冷却系统等诸多因素的影响，并且与机床各部分的热特性有关，使得热变形情况极为复杂，以及机床连接处热源和边界条件存在很大的不确定性，从而进行热变形误差理论计算时，导致计算的热变形结果与实际情况往往有明显的差异，因此必须通过生产试验对计算结果进行考核，使一些在实验室可行的方案难以用于生产实践。目前，尚缺乏一种精确的热变形误差计算方法，相关研究还需进一步深入。
（八）伺服误差的控制
为了改善伺服系统性能，提高伺服精度，国内外许多学者和专家进行了长期不懈的努力研究。目前，伺服误差控制研究的侧重点分为单轴伺服系统性能和多轴伺服系统综合性能的改善与提高两方面，伴随着产生开环控制和闭环控制两种不同方法。
（1）开环控制方法 开环控制的加工精度由机床零部件的精度来保证，采用直线度非常理想的导轨（如液体静压导轨、气体静压导轨等）、更高回转精度的主轴（如液体静压主轴、气体静压主轴等）、高性能的电动机（如DYNASERV电动机，其最小输出脉冲可达2.53″），以及各种精密驱动方式（如滚珠丝杠、静压丝杠、摩擦驱动和直线驱动等），提高机械系统的响应速度和定位精度。根据开环方法设计的机床结构简单，如果加工过程的状态可以事先预知，并可以用适当的方法达到，则反馈是多余的，所以可以采用开环结构。这种单纯依靠提高机床零部件的性能来提高机床机械系统的运动精度的方法，适用于轻载、负载变化不大或经济型数控机床的伺服系统控制，在精密加工中也可采用。但是，由于机械系统中普遍存在摩擦和间隙，在低速运动时会产生爬行（stick－slip）现象，反向运动时产生反程差（backlish），因此为了提高位置精度，机械传动系统还需要足够的连接刚度以克服弹性变形。要克服这些非线性因素的影响，开环方法是以更高的成本为代价的，更高精度意味着更高的成本。要用开环方法达到高精度就意味着成本更高。
（2）闭环控制方法 闭环控制又分为全闭环控制方法（见图1-6）和半闭环控制方法（见图1-7）。全闭环和半闭环控制系统具有一致的结构，二者差异只是位置信号检测点有所不同，前者的位置信号检测点是最终运动部件（机床工作台或刀架），检测信号是最终运动部件的实际位置，而后者的位置检测信号检测点是坐标运动传动链中的某处机械传动部件（如伺服电动机），检测信号是该传动部件的运动参数，再将其转换为位置信号，因此全闭环系统环内包括较多的机械传动部件，理论上具有比半闭环控制更高的控制精度。目前，半闭环控制系统在普通和精密机床中应用较多，全闭环控制方法则多应用于超精密机床上，例如美国LLNL以及英国Rank Pneumo公司、Granfield大学开发成功的超精密金刚石车床，原因是由于开环控制易受机械变形、磨损、温度变化、振动及其他因素的影响，系统稳定性难以调整，对传动部件精度、性能稳定性及使用过程的温差变化需要有很好的保障措施。
图1-6 全闭环控制原理
图1-7 半闭环控制原理
上述机床的闭环控制都采用前馈加PID控制方法，这种传统控制方法稳定性好、可靠性高，PMAC运动控制板就是这种控制器的代表。超精密数控系统要求有纳米级运动分辨力，因此要求有更短的插补周期（＜1ms）和控制周期（＜0.1ms）。此外，针对超精密加工特点，需要多轴联动生成高次曲线、曲面，在传统控制算法的基础上，采用交叉耦合控制、最优预见控制（0PC）、逆补偿滤波器（IKF）控制、滑模控制、陷波及前馈等方法，可以较大地提高跟踪精度。
另外，适应控制（Adaptive Control, AC）技术开始在数控机床伺服系统中得到应用。适应控制就是使机床能随加工过程中切削条件的变化，自动调节切削量，实现加工过程最佳化的自动控制。适应控制技术已形成了约束适应控制（Adaptive Control Constraint, ACC）、最佳适应控制（Adaptive Control Optimization, ACO）和学习适应控制（Trainable Adaptive Control, TAC）等多个分支。
（九）振动与环境误差的控制
防止和减少振动误差的措施是减轻机床内部和外部振源的影响。为了减轻机床内部振源的影响，须提高机床零部件的加工精度，对于机床中的回转零件要进行严格的动平衡，或者选择低速加工以减轻回转件不平衡的影响；为了减轻或消除来自机床外部振源的影响，必须采取合适的机床基础和防振装置，得到成功应用的防振装置已有橡胶隔振器、金属弹簧、G型隔振器及压缩空气垫等。另外，在精密加工中，对加工环境有着严格的要求，空气中的温度、尘埃、湿度、气压和气流都有可能危及加工精度，因此要求对加工环境进行防尘、除湿等净化处理，并保持温度和气压的恒定。国外（如美国）已形成了加工环境的净化标准，我国的相关标准尚在研究形成阶段。
（十）检测误差的控制
为了满足各种不同闭环伺服控制及加工精度的需要，人们研制了多种位置检测装置，如回转型的脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器、圆光栅、圆磁栅、多速旋转变压器、绝对脉冲编码器、三速圆感应同步器，以及直线型的直线圆感应同步器、计数光栅、磁尺、激光干涉仪、三速感应同步器和绝对值式磁尺等。另外，还研制了一些监测手段如红外、声发射（AE）及激光检测装置等来对刀具和工件进行监测。国内外科学家对如何合理设计、选择与使用这些装置以消除或减少测量误差做了大量研究，相关研究文献浩如烟海，并且这方面的研究工作还在继续。
（十一）刀具的改进与改善
刀具是制约精密数控加工发展的重要因素之一，毫不夸张地说，刀具是工业的“牙齿”，它的发展水平在某些层面上代表着一个国家工业的发达程度。俗话说得好“没有金刚钻，别揽瓷器活”，这足以看出刀具的重要性，尤其是当下，随着人们对于工件的性能要求日益严苛，对工件材料也提出了更多要求，各种新型材料也应运而生，而这些新型材料中有很多是目前的常规刀具难以加工的，针对当下刚需的难加工材料，更需要特殊的刀具、刀片及切削方法。同时为了提高加工精度，切削速度也必须加快，而普通的刀具难以在高速甚至超高速切削环境下保持良好的切削性能及使用寿命，因而在机床加工中，刀具材料已从碳素钢、合金工具钢，经历高速钢、硬质合金、金属陶瓷材料发展到聚晶金刚石（PCD）、聚晶立方氮化硼（CBN），如图1-8所示。切削速度也随着刀具材料创新而从以前的12m/min提高到1200m/min以上。因此，有人认为随着新刀具（磨具）材料的不断发展，每隔10年切削速度会提高一倍，亚音速乃至超声速加工的出现将不会太遥远。由此可见，各类硬质合金刀具、PCD刀具、CBN刀具、陶瓷材料刀具和刀具涂层等在精密数控加工中扮演着越来越重要的角色。因为除了刀具材料，刀具自身的精度也会对精密数控加工造成影响，这就形成了一个悖论，即更好的刀具需要更好的机床加工，而更好的机床却离不开更好的刀具，所以人们往往采取磨削、抛光等其他方式来提高刀具精度，而非仅依靠车削、铣削等。
图1-8 各类材料刀具
（十二）切削过程的建模与仿真
材料切削加工过程是一个非常复杂的非线性变形过程，传统的研究方法很难对其切削机理进行定量分析。利用计算机进行有限元仿真研究具有系统性好、继承性好和可延续性好的优点，且不受时间、空间和试验条件的限制，一旦获得较好的仿真效果，则可大大缩短工艺设计的时间和成本，有限元仿真还可以获得许多用试验方法难以获得或不能获得的信息，能够再现切削过程的变形和温度变化，利用有限元仿真技术能够方便地分析各种工艺参数对切削过程的影响，为优化切削工艺、提高产品精度和性能提供理论与实用的手段，同时为更好地研究切削理论提供了极大的方便。
以金属切削加工过程为例，在掌握金属切削的材料非线性、几何非线性问题的基础上，利用弹塑性大变形有限元方法，可以求解金属切削加工的过程。
在切屑形成过程仿真方面，考虑到切屑的卷曲原因，建立切屑厚度、卷曲半径的数学模型，获得在不同切削条件下，切屑形成过程的3D实时模拟过程，获得在加工过程中，工件和切屑中的应力、应变、温度的分布情况，通过改变切削条件，可以分析切削条件对切屑形成的影响，包括未变形切屑厚度、切削速度、刀具前角等。在斜刃切削条件下，可以得到切屑卷曲的有限元仿真结果，根据仿真结果，探讨金属切削毛刺的产生原因、影响因素，并建立切削方向毛刺的数学模型，仿真并分析正交切削条件下，切削方向毛刺的形成过程与机理，通过改变切削条件，分析切削条件对毛刺形成的影响，从而得到更合理的切削参数。
（十三）误差补偿
提高数控机床精度有两条途径：其一是误差预防；其二是误差补偿。误差预防也称为精度设计，是试图通过设计和制造途径消除可能的误差源。单纯采用误差预防的方法来提高机床的加工精度是十分困难的，因而必须辅以误差补偿的策略。
误差补偿一般是采用“误差建模－检测－补偿”的方法来抵消既存的误差。误差补偿的类型按其特征可分为实时误差补偿与非实时误差补偿、硬件补偿与软件补偿、静态补偿与动态补偿。
1.实时误差补偿与非实时误差补偿
如数控机床的闭环位置反馈控制系统，就采用了实时误差补偿技术。对于非实时误差补偿，其误差的检测与补偿是分离的。一般来说，非实时误差补偿只能补偿系统误差部分，实时误差补偿不仅能补偿系统误差，而且还能补偿相当大的一部分随机误差。静态误差都广泛采用非实时误差补偿技术，而热变形误差总是采用实时误差补偿。非实时误差补偿成本低，实时误差补偿成本高。只有制造超高精度机床时，才采用实时误差补偿技术。此外，在动态加工过程中，误差值迅速变化，而补偿总有时间滞后，因此实时补偿不可能补偿全部误差。
2.硬件补偿与软件补偿
在机床加工中，误差补偿的实现都是靠改变切削刃与工件的相对位置来达到的。硬件补偿是采用机械的方法，通过改变机床的加工刀具与工件的相对位置达到加工误差补偿的目的。与利用计算机的软件补偿相比，此方法显得十分笨拙，要改变补偿量，需改制凸轮、校正尺寸补偿装置，或重新调整，很不方便。再者，这种方法对局部误差（短周期误差）一般无法补偿。
软件补偿是通过执行补偿指令来实现加工误差的补偿。由于软件补偿克服了硬件补偿的困难和缺点，因此逐渐取代了误差的硬件补偿方法。采用软件补偿方法，可在不对机床的机械部分做任何改变的情况下，使其总体精度和加工精度显著提高。软件补偿具有很好的柔性，用于补偿的误差模型参数或者补偿曲线可随机床加工的具体情况而改变，这样在机床的长期使用中，只要实时对机床进行误差标定，修改用于软件补偿的参数，就可使数控机床的加工精度多次恢复。
3.静态补偿与动态补偿
误差的静态补偿是指数控机床在加工时，补偿量或补偿参数不变，它只能按预置的设定值进行补偿，而不能按实际情况改变补偿量或补偿参数。采用静态补偿方法只能补偿系统误差而不能补偿随机误差。
动态误差补偿是指在切削加工条件下，能根据机床工况、环境条件和空间位置的变化，来跟踪、调整补偿量或补偿参数，是一种反馈补偿方法。这种方法也叫综合动态误差补偿法，它不但能补偿机床系统误差，也可以补偿部分随机误差，能对几何误差、热误差和切削载荷误差进行综合补偿。动态补偿法可以获得较佳的补偿效果，是数控机床最有前途的误差补偿方法，但需要较高的技术水平和附加成本。
（十四）高速切削
高速加工和传统加工工艺有所不同，传统加工认为，高效率来自低转速、大切削深度、缓进给和单行程，而在高速加工中，高转速、中切削深度、快进给和多行程则更为有利。高速切削具有加工效率高、加工精度高、单件加工成本低等优点，具体阐述如下。
1.加工效率高，降低加工成本
高速切削加工与传统的常规加工相比，高速切削加工允许使用较大的进给量，各种材料的高速切削进给速度可达到2～25m/min，进给速度比常规加工提高5～10倍，单位时间材料去除率提高了3～6倍。当加工需要大量切除金属的零件时，可使加工时间大大减少。
B. GIRIRAJ等通过自适应控制系统在高速加工中降低表面粗糙度值的研究，发现改进切削速度可以修正现有进给量的计算方法，得出加工过程能力指数提高了39%、相应的加工过程效率提高了25%的试验结果。
2.切削力较低，切削热量少
由于切削速度较快，有助于降低切削力的大小，相对常规切削至少降低30%，极限剪切应力提高7～9倍，减少了刀具与工件表面的接触时间，对于加工壁厚较薄的零部件有很大的技术优势，可以大大减小不必要的受力变形和热变形。由于切削速度极高，切屑也以很高的速度从加工零件表面下落，同时带走95%以上的切削热，所以可大大减小工件的热变形和减少应力集中现象的发生。
3.精简加工流程，集约加工工序
高速切削加工工件能够获得较高的加工精度和表面质量，加工过程中产生的系统振动小、变形小，能够快速加工硬质材料，同时免除了传统加工中人工修整淬火处理后产生的变形及人工抛光工序等，以最少的生产工序获得理想的工艺规格标准。高速切削加工对薄壁复杂结构件更能体现出其价值。
4.减少能耗，节约能源
高速加工以其单位时间内较高的材料去除率，大大缩短了零件的加工时间，从而直接减少能源消耗。有些高速加工免除了切削液的使用，采用风冷及油雾冷却方式，降低了加工成本，如省去了润滑及切削液的购置及回收处理费用，节省了工人清洗零件及处理废弃油屑的时间，同时减少了废弃物对环境产生的负面影响，真正响应了高效、低耗、环保的可持续发展号召。