既然要了聊高精度机床的制造难度，那就要从机床的构成和核心部件，以及如何控制机床的精度方面，来聊聊不一样的干货。（咱们不聊硬件刮研，聊CNC算法）
首先要说，这是一个机床行业的综合文章。对于做过机床的朋友可能更深有体会。
1、当代的数控机床，尤其是高精度的数控机床构成：cnc是大脑，伺服是手臂，光栅和编码器是控制精度的传感器数控机床整体构成
不要将数控机床想象得很深奥，深奥的是数控机床的代码和加工不同材料的时候，需要考虑的各种参数和工艺。真正的数控机床的结构，其实不复杂。
我们用FANUC的数控系统来做一个解释。
1、CNC控制单元（数值控制器部分）。数控系统相当于我们电脑的操作系统，在这上面有各种应用，以及厂商已经根据掌握的工艺编辑好的各种加工软件包。
我们可以类比为：windows系统就是cnc系统，windows中自带的office办公软件就是其中一种工艺应用软件。office在CNC中相当于车床加工的各类直线圆弧，动作等等。
2、PMC控制器。这其实就是运动控制器的大门类的一种。
所谓的运动控制器，类似于人类的小脑和中枢脊椎，你可以灵活运动全靠中枢神经的脊椎，大脑发出信号：看到前面有座山，我们要过去，那么小脑开始控制四肢运动，控制跑步中的四肢协调，不要顺拐，顺拐容易跌到。
3、伺服驱动单元和进给伺服电动机。主轴驱动单元和主轴电动机。伺服电机就是给机床提供动力的部分。所谓的伺服电机通俗的理解就是：一个普通的马达，加上了一个可以精确测量电机转多少弧度的编码器，驱动电机的是驱动器。也叫伺服放大器，这个东西说白了就是中枢神经。将数字信号变成电信号输出给电机。
4、机床强电柜控制信号的输入和输出单元。这就是外部信号的输入和信息输出，用来外接设备。相当于人的感官的中的一种。
例如刀库、交换工作台、上下料机械手等驱动轴信息的输入输出设备。
5、电脑磁盘机、存储卡、键盘专用信息存储设备。这个是数控系统的主机的存储设备。用来存储数据。
6、以太网、HSSB、RS-232等现场加工用的局域网。
这个通讯协议，就是机床内部的信息交换方式，类似于人体内部的神经是依靠酶来传递信息的。
整个机床的元器件组合就是如下的样子，这是fanuc的0i-TD数控机床，可以进行纳米插补的车床用纳米CNC。
0i-TD系列硬件构成
为什么讨论：高精度机床要聊这几大件？虽然这是不少人都知道的，但具体原因，咱们接下来慢慢聊。
2、机床控制构成：是什么让机床可以很精密地切削，车铣，切割，误差精度的±0.001mm以内的？CNC的功能概况
仔细看上面整个图：上面黑色的字体，都是展现在使用者面前的内容，属于应用层面的东西。
但是红色的字体，就是控制机床各个轴，最后合成一个复杂动作，机床的末端精度就是这些在控制。
先来简单介绍一下运控控制：当你伸手去接一个排球。需要哪些动作？
接排球动作
最末端是两只手臂接到排球，但是全身所有的关节都要移动。这就是一个复合动作。那么控制这个复合动作的就是：
1、各个关节的快速移动，根据视觉判断球的位置，进行精确的位置控制，让手达到球的落点。（这叫闭环反馈的运动控制）
2、达到预定位置后，发现球因为风速或者外力的原因，偏移了，手快接不到了，或者说发现球的力度太大，这个姿势接不住球了，即使碰到球也容易脱手。那就要开始进行动力学的补偿和调整。【所谓的动力学轨迹补偿，就是身体所有部分都进行移动，不是单单的手再伸长一点，那样会重心不稳，摔倒】
这就是一个复杂的机床精度，在运动中最直白的说明：运动控制和动力学控制。
有体育老师说过，你看到球了不要只伸手，要全身移动去接球。这就是运动学和动力学的覆盖。
当然机械的动力学包含的内容不是动起来这个概念，包括了系统振动抑制，路径规划，力反馈控制等等，这里咱们不展开了说。
3、硬件方面控制机床精度的核心：编码器控制伺服精度，光栅尺检测直线精度。上面我们也说了，机床要运动，动力来自于电动机。那么电动机到底转了多少？带动行走的轴走了多少距离这就是直接决定了机床的精度。
伺服电机的控制模式
电机的转速快慢，和转动多少角度（反馈在直线上面就是多少圈）决定了位置控制。这都是由编码器决定的。
编码器决定了机床原始精度的数据，也就是根据CNC大脑的数据指定，转动多少距离。所谓的编码器就是在电动机的后面，连通电动机的主轴上面，会有一个码盘。通过电磁或者是光电的形式，记录变化的数值。（目前最高可以记录23位数值）
绝对式编码器
增量式脉冲编码器
编码器的精度，已经比较精确了，但是由于工件安装误差，和元器件磨损，以及振动等情况，反馈到最后的末端的精度肯定不是这个精度。
那么就需要在末端直接进行一个测量：直接测量是将直线型检测装置（光栅尺）安装在移动部件上，用来直接测量工作台的直线位移，作为全闭环伺服系统的位置反馈信号，而构成位置闭环控制。其优点是准确性高、可靠性好，缺点是测量装置要和工作台行程等长，所以在大型数控机床上受到一定限制。
光栅尺
这就是机床两种精度测试的办法：直接用光栅尺测量末端的运动数据，以及在驱动电机上面控制精度。
到这里就到了不少朋友想问的了：那么桁架，丝杆的精度都还没说，装配的精度都还没有讲，温度，磨损造成的误差都还没有说。
还有重复定位精度，绝对精度等等。
不急，咱们慢慢来说。
4、硬件地控制着绝对精度。我们假设一个机床，丝杆，导轨，光栅尺，电机，乃至刀具都加工的非常完美，精度都达到了±0.001mm，而且装配得也非常好。机床结构也是在地底没有震动的状态放了好几年，没有形变量的情况下，完全无尘空间装配好的。（看清楚啊，我们这是假设）
那是不是这个机床精度就是±0.001mm？是的，理论上确实是。
这个精度，大体上可以等同于，设备厂商说的：绝对精度。（看清楚，这是大体上，实际情况略有出入，但是可以作为参考理解）
这就是运动控制模式下的精度计算方法。以实际的硬件的精度为参考。（暂时不考虑补偿）
那么一个绝对精度的±0.001mm的机床，是不是一直使用中都是±0.001mm？
显然不是，还有上面的振动，温度，磨损，这些原因没有考虑。
那么如果使用超强度的钢铁是不是就没有磨损了呢？
所有的机床都有磨损，不管是国内还是国外的。是材料就一定有磨损，是材料就一定要温度，振动的影响。
这就要体现出：CNC中动力学算法，对于动作的补偿工艺了。
5、软件控制重复定位精度我们前面也说了：间接的测量，是电机转动的测量，这个不一定非常准，尤其是在加工的过程中有各种温度变化，磨损，振动等等。但是直接测量现场的工件情况，那肯定是很准确的。毕竟直接测量是不动的嘛！
但是光栅尺如果测量出，偏差了0.01mm，那么怎么办？
反馈给CNC系统，进行补偿0.01mm，但是很明显啊，主轴和其他伺服轴的精度控制即使增加0.01mm也不一定最后实际就是0.001mm。（这就好像，你明知道差一厘米，但是你自己的手感在一厘米以内已经没有距离的概念了）
那么动力学算法就可以从接触的力反馈和路径规划上面进行做补偿。±0.01mm太小，但是只要碰到工件，就一定有力量反馈，力量的控制可以进行其他方式的测量。
同时，考虑运动方式容易出现的误差（例如直角转弯的运动），可以考虑优化一下路径，采用倾斜或者圆弧的方式进行加工。是不是就更贴近一些了。
真正在高精密数控机床领域，全球各品牌差距最大的其实是算法上面的补偿。
算法的补偿是保证使用2年，3年，乃至10年机床都可以保持在一定精度范围内的主要原因。
即使考虑温度，磨损，振动等因素，最后还是要依靠算法来补偿。
这就是重复定位精度的价值所在。
6、那硬件难道就不影响精度了吗？硬件确实影响精度。我们讨论的是高精密机床，不是普通机床。
我们就拿当前常见的面铣的机床做例子。
不管是数控系统，还是伺服系统，包括光栅尺，都是买国外原厂的产品，都可以买到，暂时不说限制的事情。（暂时不考虑大行程的龙门铣床）。
即便是这样，还是没有几个国家能够制造出精度在±0.001mm的机床（国内北京精雕目前可以了）。
也就是说，硬件确实是基础条件，但是动力学控制的算法，其实才是高端精密机床的核心。
算法底层的逻辑是买不到的核心技术的，人家不卖啊！（最多付费给你用）
硬件可以不断地拓展，但是核心控制一直不突破，是绝对做不到稳定的高精度机床产品的。
这才是高精度机床制造的核心难点。
跟我们常说的导轨刮研，传感器精度，材料精度等等有关系，但他们确实都不是核心要素。
倘若是有心人，细细的看现在的数控系统的大厂，西门子，fanuc，大部分都在走强化软件的路线。硬件不在主力拓展（当然也没放弃硬件行业）。
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作为一个机床制造的从业者，我认为机床的制造难度在于几何精度、定位精度、加工精度等三个主要精度的稳定性上。让一个新设备精度保持一个月很容易，要让精度保持一年，三年，乃至10年，是很困难的，这就是高端机床的卖点。以电加工机床为例说明。
机床整体的刚性不行，导致精度稳定性差。与主机结构设计、电机驱动技术直接有关，这两点达不到纯国产。机床整体的刚性，有机械方面的，也有电机驱动方面的。
机械方面，简单的如十字滑台的工作台，国产设备常用的结构。由于工作台重量全压在X，Y轴上，使得工作台在空载及极限负重两种情况下，定位精度不一致。
进口设备的机械结构，X，Y轴一般采用动立柱结构，很好地解决了负重问题。但随之而来的，是Z轴对X，Y轴的垂直度问题，在装配时不好调整。这种动立柱结构，真正地体现设计者的水准，结合CAD的有限元分析、软件的各种工作状态模拟，计算出最佳结构。
另一个对整体刚性有重大影响的，就是电机驱动，也就是各轴移动的电机参数的灵敏度调整。
现在的进口高端机床，大多采用直线电机拖动方式，也有用交流AC驱动器。国产的大多为直流DC驱动，还有步进电机驱动。
直线电机采用电磁感应技术，无摩擦，因而精度保持好。与AC交流驱动，存在着闭环反馈及驱动器刚性调节问题。还必须使用灵敏度很高的直线光栅尺做为检测跟踪工具。
由于国产电机及驱动器、光栅尺达不到要求，所以，这块长期依靠进口，而且还要持续下去。
温度变化的补偿机制。三个精度受温度变化的影响最敏感。实验表明，温度每升高一度，工作台在1000mm的行程范围，有0.012mm即12um的长度变化。这是非常要命的。
生产厂家一般厂房设定23°C，在此温度下进行生产、激光检测并补偿。对用户也要求23°C的工作环境，以保证三种精度的稳定。
然而现实中，却很难达到这一点。
1，国产设备的制造厂商，大多没有恒温车间。精度可想而知。
2，温度补偿机制。国外的高端机床，采用温度自动检测、致冷机自适应调节床身温度、用软件进行温度补偿等等手段。
在温度的影响上，国内用户一般为降低运营成本，忽略了。国产设备同样为降低制造成本，考虑的很少；即使考虑了，也只是简单地安装一个致冷机，却没有定量的检测控制。
高精度机床，还有很多控制点，国产设备都要大大落后于进口设备。软件控制首当其冲。国产CNC，NC，CAD，CAM软件系统，略有实力的制造厂商都会做，但是，大都是入门级别。如果谈到小园弧处理、尖角处理策略、过切处理策略、异形件加工编程等等体现水准的软件，大多含糊其词，没有量的概念。所以，对于高、精、尖的零件加工，非进口莫属。
关键部件。以高压泵、循环泵为例，国产的没有一家生产企业敢拍看胸脯说，我生产的泵绝对没问题。德国产格兰富泵长期占有高端市场，精度可控，稳定性好。国产泵只用在没有要求的低端设备中。
还有变频器、分度轴等等，不一而足。
总结：高精度机床，是一个国家整体工业水平的体现，德国、瑞士、日本以及其它老牌的欧美国家，其控制技术、主机设计及制造技术成熟，生产高端装备很容易。
我国起步晚，控制技术、主机设计及制造技术尚处于初级阶段。关键技术，大多是跟着别人跑。再加之终端消费市场长期处于低端水平，对高端设备的要求不多，直接加剧了高端装备生产厂家不愿意做，也做不好的囧状。
要改变，尚需至少十~二十年的发展。培育市场需求，促进装备水平的提高。