1.1　數控機床的發展趨勢

采用數字控制技術進行機械加工的思想，最早來源于20 世紀40 年代初。數控機床最早產生于美國，1952 年，麻省理工學院研制成功了一臺三坐標連續控制的銑床樣機，用的電子元器件是電子管，這是公認的世界上第一臺數控機床。

從1952 年世界上第一臺數控機床問世至今，隨著微電子技術的不斷發展，特別是計算機技術的發展，數控系統經歷了以下變化。

1952 年，出現第一代數控系統，采用的是電子管。

1959 年，出現第二代晶體管數控系統。隨之出現刀庫、機械手、加工中心（帶自動換刀裝置）。

1965 年，出現第三代集成電路（硬邏輯）數控系統。

1970 年，出現第四代小型計算機數控系統。

1974 年，出現第五代微型計算機數控系統。

1980 年后，柔性制造系統（FMS）、柔性制造單元（FMC）、計算機集成制造系統（CIMS）、“開放式”數控（open NC）系統、智能制造系統（IMS）大發展。

我國數控機床的研制始于1958 年，由清華大學研制出了最早的樣機。1966 年誕生了第一臺用于直線-圓弧插補的晶體管數控系統。20 世紀80 年代初期，引入日本FANUC 數控技術后，我國的數控機床才真正進入小批量生產的商品化時代。20 世紀90 年代末，華中數控自主開發出基于PC-NC 的HNC 數控系統。

高速化、高精度化、高可靠性、復合化、智能化、柔性化、集成化和開放性是當今數控機床行業的主要發展方向。

1.個性化的發展趨勢

1）高速化、高精度化、高可靠性

（1）高速化。提高進給速度與提高主軸轉速。加工中心高速化可充分發揮現代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率，降低加工成本，還可以提高零件的表面加工質量和精度。超高速加工技術對制造業實現高效、優質、低成本生產有廣泛的適應性。依靠快速、準確的數字量傳遞技術對高性能的機床執行部件進行高精密度、高響應速度的實時處理，由于采用了新型刀具，車削和銑削的切削速度已達到 5000～8000m/min 以上；主軸轉速在30 000r/min 以上；工作臺的移動速度（進給速度），在分辨率為1μm 時，達到100m/min 以上，在分辨率為0.1μm 時，達到24m/min 以上；加工中心換刀時間從5～10s 減少到小于1s，工作臺交換時間也由12～20s 減少到2.5s 以內。

（2）高精度化。其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級（<10nm），其應用范圍日趨廣泛。近十多年來，普通級數控機床的加工精度已由±10μm 提高到±5μm，精密級加工中心的加工精度則從±（3～5）μm 提高到±（1～1.5）μm。

（3）高可靠性。一般數控系統的可靠性要比數控設備的可靠性高一個數量級以上，但也不是可靠性越高越好，因為商品受性能價格比的約束。

2）復合化

數控機床的功能復合化的發展，其核心是在一臺機床上要完成車、銑、鉆、攻絲、鉸孔和擴孔等多種操作工序，從而提高了機床的效率和加工精度，提高生產的柔性。

3）智能化

智能化的內容體現在數控系統中的各個方面：提高加工效率和加工質量方面的智能化；提高驅動性能及使用連接方便等方面的智能化；簡化編程、簡化操作方面的智能化；還有如智能化的自動編程、智能化的人機界面等，以及智能診斷、智能監控等方面的內容，方便系統的診斷及維修。

4）柔性化、集成化

當今世界上的數控機床有向柔性自動化系統發展的趨勢，從點、線向面、體的方向發展，另一方面向注重應用性和經濟性方向發展。柔性自動化技術是制造業適應動態市場需求及產品迅速更新的主要手段，是各國制造業發展的主流趨勢，是先進制造領域的基礎技術。

2.個性化是市場適應性的發展趨勢

當今的市場，國際合作的格局逐漸形成，產品競爭日趨激烈，高效率、高精度加工手段的需求在不斷升級，用戶的個性化要求日趨強烈，專業化、專用化、高科技的機床越來越得到用戶的青睞。

3.開放性是體系結構的發展趨勢

新一代數控系統的開發核心是開放性。新一代數控系統是具有軟件平臺和硬件平臺的開放式系統，采用模塊化、層次化的結構，向外提供統一的應用程序接口。

開放式體系結構可以采用通用微機的先進技術（如多媒體技術），實現聲控自動編程、圖形掃描自動編程等。開放式數控系統的體系結構規范、通信規范、配置規范、運行平臺、數控系統功能庫，以及數控系統功能軟件開發工具等是當前研究的核心。開放式體系結構使數控系統既可通過升檔或剪裁構成各種檔次的數控系統，又可通過擴展構成不同類型的數控加工中心，開發和生產周期大大縮短。這種數控系統可隨CPU 升級而升級，結構上不必變動。開放式體系結構使數控系統有更好的通用性、柔性、適應性和擴展性，并向智能化、網絡化方向發展。

網絡化數控裝備是近兩年的一個新的焦點。數控裝備的網絡化將極大地滿足生產線、制造系統、制造企業對信息集成的需求，也是實現新的制造模式（如敏捷制造、虛擬企業、全球制造）的基礎單元。先進的CNC 系統為用戶提供了強大的聯網能力，除串行接口外，還帶有遠程緩沖功能的DNC 接口，可以實現幾臺數控機床、加工中心之間的數據通信和直接對機床進行控制。現代數控機床為適應自動化技術的進一步發展和工廠自動化規模越來越大的要求，滿足不同廠家、不同類型數控機床聯網的需要，已具有與工業局域網（LAN）通信的功能，并配備MAP（制造自動化協議）接口，為現代數控機床配備FMS 及CIMS 創造了條件，促進了系統集成化和信息綜合化，使遠程操作、監控、遙控及遠程故障診斷成為可能。不僅有利于對其產品的監控，也適于大規模現代化生產的無人化車間實現網絡管理，還適于在操作人員不宜到現場的環境（如對環境要求很高的超精密加工和對人體有害的環境）中工作。