數控機床*早誕生於美國。1948年，美（měi）國帕森斯公司在研製加工直（zhí）升機葉片輪廓檢查用樣板的機床時（shí），提出了數控機床的設（shè）想，後受美國空軍委托與（yǔ）麻省理工學（xué）院合（hé）作，於1952年試製了世界上**台三坐標數控立式銑（xǐ）床，其數控係統采用電子（zǐ）管。

  1960年開始，德國、日本、中國等都陸續地開發、生產及使用（yòng）數控機床，中國於1968年（nián）由北（běi）京**機床廠研製出**台數控機床。

  1974年微處理器直接用於數控機床，進一步促進了數控機床的普及應用和飛速發展（zhǎn）。

  1、高速化（huà）

  隨著汽車、國防、航空、航天等工業的高速發展以及鋁合（hé）金等新材（cái）料的應用，對數控機床加工（gōng）的（de）高速化（huà）要求越來越高。

  主軸轉速：機床采用電主（zhǔ）軸，主軸*高轉速達200000r/min;

  進給率：在分辨率（lǜ）為0.01μm時，*大進給率達到240m/min且可獲得複雜型（xíng）麵的精（jīng）確加工;

  運算速度：微處理器的迅速發展為數控係統向高速、高精度方（fāng）向發展提供了保障，開發（fā）出CPU已發展到32位（wèi）以及64位的數控（kòng）係統，頻率提（tí）高到幾百兆（zhào）赫、上千兆赫。由（yóu）於運算速度的（de）極大提高，使得當分辨率為（wéi）0.1μm、0.01μm時仍能獲得高達24～240m/min的進給速度;

  換刀速度：目前國外先進加（jiā）工中心的刀具交換時間普遍已在1s左右，高的已達0.5s。德國Chiron公司將刀庫設計成籃子樣（yàng）式，以主軸為軸心，刀具在圓周布置，其（qí）刀到刀的換刀時間（jiān）僅0.9s。

  2、高精度化

  數控機床精度的要求現在已（yǐ）經不局限（xiàn）於靜態的幾（jǐ）何精度，機床的運動（dòng）精度、熱變（biàn）形以及對振動的監測和補償越來越（yuè）獲得（dé）重視。

  近10年來，普通級數控機床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級加工中心則（zé）從3~5μm提（tí）高到1~1.5μm，並且超精密加工精度已開始進入納米級。

  提高CNC係（xì）統控製精度：采用高速插補技術，以微小（xiǎo）程序段實（shí）現連續進給，使CNC控製單位精細化，並采用高分辨率位置檢測（cè）裝置，提高位置檢測精度，位置伺服係統采用（yòng）前饋控製與（yǔ）非（fēi）線性控製等方法;

  采用誤差補償技術：采用反向間隙補償、絲杆螺距誤差補償和刀具誤差補（bǔ）償（cháng）等技術（shù），對設備的熱變形誤差和空間誤（wù）差進行綜合（hé）補（bǔ）償。研究結果表（biǎo）明，綜合誤差補（bǔ）償技術的（de）應用可將加（jiā）工誤差減少60%～80%;

  采用網格檢查和提高加工中心的運動軌跡精度（dù），並通過仿真預測機床的加工精度，以保證機床的定位精度和重複定位精度，使其性能長期穩定，能夠在不同運行條件下完成多種加工任（rèn）務，並保證零件的加工質量。

  加工（gōng）精度的（de）提高（gāo）不僅（jǐn）在於采用了（le）滾珠絲杠副、靜壓導軌、直線（xiàn）滾動導軌、磁浮導軌等部件，提高了CNC係統的控製精度，應用了高分辨率位置檢測裝置，而且也在於使用了各種誤差補償技術，如絲杠螺距誤差補償、刀具（jù）誤差補償、熱變形誤差補償、空間誤差綜合補償等（děng）。

  3、向（xiàng）柔性化（huà），功能複合化及集成化方向發展

  複合機床的含義是指在一台機床上實現或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。根據其結構特點可（kě）分為工藝複合型和工序複合型兩類。工藝複（fù）合型機床如（rú）鏜銑鑽複合——加工中心、車銑複合——車削中心、銑鏜鑽（zuàn）車複合——複合加工中心等;工序複合型機床如多（duō）麵多軸聯動加工的複合機床和雙（shuāng）主軸車削中心（xīn）等。采用複合機床進行加工，減少了（le）工（gōng）件（jiàn）裝卸（xiè）、更換（huàn）和調整刀具的輔助時間以及中間過程中產生的誤差，提（tí）高了零件加工（gōng）精度，縮短了產品製造周期，提高（gāo）了生（shēng）產效率和製造商的（de）市場反（fǎn）應能力，相對於傳統（tǒng）的工序（xù）分散的生產方法具有明顯的優勢。

  加工過程的複合化也導致了機床向模塊化、多軸化發展。德國Index公司*新推出的車削加工中心是模（mó）塊化結構（gòu），該加工中心能夠完（wán）成車削、銑削、鑽削、滾齒、磨削（xuē）、激光熱（rè）處理等多種工序，可完成複雜零件的全部加工。隨著現代機械（xiè）加工要求的不斷提高（gāo），大量的多軸聯動數控機床（chuáng）越來越受到各（gè）大企業的歡迎。在2005年中國國（guó）際機床展覽會上，國內外製造商展出了形式各異（yì）的多軸加工機床以及可實現4～5軸聯動的五軸高速門式加工中心、五軸聯動高速銑削中（zhōng）心等。

  數控機床在提高（gāo）單（dān）機柔性化的（de）同時（shí），朝單元柔性（xìng）化和係統化方向（xiàng）發展，如出現了數（shù）控多軸加工中心、換（huàn）刀換箱式加工中心（xīn）等具有柔性的高效加工設備;出現了由多台數控機床組（zǔ）成底（dǐ）層加工設備的柔性製造單元、柔性製造係統、柔性加工（gōng）線。

  在現代數控機床上，自動換刀裝置、自動工（gōng）作台交換裝置等已成為基本裝置。隨著（zhe）數控機床向柔性化方向的發展，功能集成化更多地體現（xiàn）在：工件自動裝卸，工件自動定位，刀具自動對刀，工件自動測量與補償（cháng），集鑽、車、鏜、銑、磨為一體的“萬能加工”和集裝卸、加工、測量為一體的“完整（zhěng）加工”等。

  4、控製智能化

  隨著人工智能技術的發展，為了（le）滿足（zú）製造業生產柔性（xìng）化、製造自動化的發展需求，數控機床的智（zhì）能化程度在不斷提高。具體體現在以下幾個方麵：

  加工過程自適應控製技術：通過監測加工過程中的切削力、主軸和進給電機的功（gōng）率、電流、電壓等信息，利用傳統的或現代的（de）算法進行（háng）識（shí）別，以辯識出刀具（jù）的受力、磨損、破損狀態（tài）及機床加工的穩定性狀態，並根（gēn）據這（zhè）些狀態實時調整加工參數（shù）和加工（gōng）指令，使設備處於*佳運行狀態，以提高加工精（jīng）度、降低加工表麵粗糙度並提（tí）高設備運行的安全性;

  加工參（cān）數的智能優化與選擇（zé）：將工藝專家或技師的經驗、零件加工的一般與特殊規律，用現代智能方法，構造（zào）基於專家係統或基於模型的“加工參數的智能優化與選擇器”，利用它獲得優化的加工參數（shù），從而達到提高編程效率和加工工藝（yì）水平、縮短生產準備時間（jiān）的目的;

  智能故障自診斷與自修（xiū）複（fù）技術：根據已有的故障信息，應用現代智能方（fāng）法實現故障的快（kuài）速準確定位;

  智能故障回放和故障仿真技（jì）術：能夠完整（zhěng）記錄係統的各（gè）種信息，對數控機（jī）床（chuáng）發生的各種錯（cuò）誤（wù）和事故進行回放和仿（fǎng）真，用以（yǐ）確定錯誤引起的原因，找出解決問題的辦法，積累生（shēng）產經驗;

  智能化交流伺服驅動裝置：能自動識別負載，並自動調整參數的智能化伺服係統，包括智能主軸交流驅動裝置和（hé）智（zhì）能化進給伺服裝置。這種驅動裝置能自動識別電機及負載的轉動慣量，並自動對控（kòng）製係統參數進行優化和調整，使驅動（dòng）係統（tǒng）獲（huò）得*佳運行;

  智能4M數控係（xì）統：在製造（zào）過（guò）程（chéng）中，加工、檢測一體化是實現快速製造、快速檢（jiǎn）測和快速響（xiǎng）應的有效途（tú）徑，將（jiāng）測量、建模、加工、機（jī）器操作四者（zhě）融合在一個係統中，實現信息共享（xiǎng），促進測量、建模、加工、裝夾、操作的一體化。

  5、體係開放化

  向未來技術開放（fàng）：由於軟硬件接口都遵（zūn）循公（gōng）認（rèn）的標（biāo）準協（xié）議，隻需少量的（de）重新設計和（hé）調整，新一（yī）代的通用軟硬件資源就可能（néng）被現有係統所采納、吸收（shōu）和兼容（róng），這就意味著係統的（de）開發費用將大大降低而係統性能與可靠性將不斷改善並處於長生（shēng）命周期;

  向（xiàng）用戶特（tè）殊要求開放：更新（xīn）產品、擴充功能（néng）、提供硬軟件產品的各（gè）種組合以滿足特殊應用（yòng）要（yào）求;

  數控標準的建立：國際上（shàng）正（zhèng）在研究和製定一種新（xīn）的CNC係統標準ISO14649，以提供一種不依賴於具體係統的中性機製，能夠描述產品整個生命周期內的統一數據模（mó）型，從而實現整個（gè）製造過（guò）程乃至各個工業領域產品信息的（de）標準化。標準化的編程語言，既方便用戶（hù）使用，又降低了和操作效率直接有關的勞動消耗。

  6、驅動並聯化（huà）

  並聯運動機床克（kè）服了傳（chuán）統（tǒng）機床串聯機構移動部（bù）件質量大（dà）、係（xì）統剛度低、刀具隻能沿固定導軌進給、作業自由度偏低、設備加工靈活性和機動（dòng）性不夠等固（gù）有缺陷，在機床主軸與（yǔ）機座之間采用多杆並聯聯接機構驅動，通過控製杆係中（zhōng）杆的長度使杆係支撐的平台（tái）獲得相應自由度的運動，可實現多坐（zuò）標（biāo）聯動數控加工（gōng）、裝配和測量多種功能，更能（néng）滿（mǎn）足複（fù）雜特種零件的加工，具（jù）有現代機器人的模塊化程度（dù）高、重量輕和速度快（kuài）等（děng）優（yōu）點。並聯機床作為一種新型的加工設備，已成為當前機床技（jì）術的一個重要研究方向，受到了國（guó）際機床行業（yè）的高度重視，被認為是“自發明數控技術（shù）以（yǐ）來（lái）在機床（chuáng）行業中*有意義的進步”和“21世紀新一代數控加工設備”。

  7、極端化

  國防、航空、航天事業的發展和能源等基礎產業裝備的（de）大型化需要大型且（qiě）性能良好的數控機（jī）床的支撐。而超精密加工技術和微納米技術是21世紀的戰略技（jì）術，需（xū）發展能適應微小型尺寸和微納米（mǐ）加工精度的新型（xíng）製造工藝和裝備，所以微型機床包括微切削加工機床（chuáng）、微電加工機床、微激光加工機床和微型壓（yā）力機等的需求量正在逐漸增大。

  8、信息交互網絡化

  對於麵臨激烈競爭（zhēng）的企業來（lái）說，使數控（kòng）機床具（jù）有雙向、高速的聯網通訊（xùn）功能，以保證信息流在車間各個部門間暢通無阻是（shì）非常重要的。既可以實現網絡資（zī）源共享，又能實現數控（kòng）機床的遠程監視（shì）、控製（zhì）、培訓、教學、管理，還可實現數控裝備的數字化服務。例如，日本（běn）Mazak公司推（tuī）出（chū）新一代的加工中心配備了一個稱為信息塔的外部（bù）設備，包括計算機、手機、機外和機內攝像頭等，能夠實現語音、圖形、視像和文（wén）本（běn）的通信故障報警顯示（shì）、在線（xiàn）幫助排除故障等功能，是獨立的（de）、自主管理的製造（zào）單元。

  9、新型功能部件

  為了提高數控機床各方麵的性（xìng）能，具有高（gāo）精度和高（gāo）可靠性的新型功能部件的應用（yòng）成為必然。具有（yǒu）代表（biǎo）性的新型功能部件包括：

  高頻電主軸：高頻電主軸是高頻電動機與主軸部件的集成，具有體積小、轉速高、可無（wú）級調速（sù）等一係列優（yōu）點，在各種新型數控機床中已經獲得廣泛的應用;

  直線電動機：近年來，直（zhí）線電動機的應用（yòng）日益廣泛，雖然其價格高於傳統（tǒng）的伺服係統，但由（yóu）於負載變化擾動、熱變形補償、隔磁和防護等關鍵技術的應用，機械（xiè）傳動結構得到簡化，機床（chuáng）的動態性能有了提高。如：西門子公司生產的1FN1係列三相交流（liú）永磁式同步直線電動機已開始廣泛應（yīng）用於高速銑床、加（jiā）工中心、磨（mó）床、並聯機床以及動態性能和運動精度要求高的機床等;德國EX-CELL-O公司的XHC臥式加工中心三向驅動均采用（yòng）兩個直線電動機;

  電滾珠絲杆：電滾珠絲杆是伺服電動機與滾（gǔn）珠絲杆的集成，可以大大簡化數控機床的（de）結構，具有傳動環節少、結構緊湊等一係列優點。

  10、高（gāo）可靠性

  數（shù）控機床與傳統機床相比，增加了數控係統和相應的監控裝置等，應用（yòng）了大量的電氣、液壓和機電（diàn）裝置（zhì），易於導致出現（xiàn）失效的概率增大;工業電網電壓的波動和幹擾對數控機床的（de）可靠性極為不利，而數控機床加工的零件型麵較為複雜，加工（gōng）周期（qī）長，要求平均無故障時間在2萬小時以上。為了保證數（shù）控機床有高的可靠性，就要精心設計係統（tǒng）、嚴格製造（zào）和明確可靠性目標以（yǐ）及通（tōng）過維修分（fèn）析（xī）故障模式並找出薄弱環節。國外數（shù）控係統平均無故障時間在7～10萬小時以上，國產數控係（xì）統（tǒng）平均無（wú）故障時間僅為（wéi）10000小時左右，國外整機平均無故障工作時間達800小時以上，而國內*高隻有300小時。

  11、加工過程綠色化（huà）

  隨著日（rì）趨（qū）嚴格的環境與（yǔ）資源約束，製造加工的綠色化越來越重要，而（ér）中國的（de）資（zī）源、環境問題尤為突出。因（yīn）此（cǐ），近年（nián）來不用（yòng）或少用冷卻液、實現（xiàn）幹切削、半幹切削節能環保的機床不斷出現，並在不斷發展當中。在21世紀，綠色製造的（de）大趨勢將使各種節能環保機床加速發展，占領更多的世界（jiè）市場。

  12、多（duō）媒體技術的應用

  多媒體技（jì）術集計算機、聲像和通（tōng）信技術於一體，使（shǐ）計算機具（jù）有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力，因此也對（duì）用戶界麵提出（chū）了圖形化的要求。合理（lǐ）的人性化的用戶界麵極大（dà）地方（fāng）便了非專業用戶的使用（yòng），人們可以通過窗口和菜單進行操作，便於藍圖編程和快速編程、三維彩（cǎi）色立體動態圖（tú）形顯（xiǎn）示、圖（tú）形（xíng）模（mó）擬、圖形動態（tài）跟蹤（zōng）和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功（gōng）能的實現。除此以外，在數控技術領域應用多媒體技術（shù）可以做到信息處理綜合（hé）化、智能化（huà），應用於實時監控係統和生產現場（chǎng）設備（bèi）的（de）故障診斷、生產過程（chéng）參數監測等，因（yīn）此有著重大的應用價值。

  國產數控機（jī）床缺（quē）乏核心技術，從高性能數控係統（tǒng）到關鍵功能部件基本都依賴進口，即使近（jìn）幾年有些國內製造商艱難地創出了自己（jǐ）的品牌，但其產品的功能、性能的可（kě）靠性仍然與（yǔ）國外產品有一定差距。近幾年國產數（shù）控機床製造商通過技術引進、海（hǎi）內外並購重組以及國外采購等獲得了一些先進數（shù）控技術，但（dàn）缺乏對機床結構與（yǔ）精度、可靠性、人性化設計等基礎性技術的（de）研究（jiū），忽視了自（zì）主開發能力的培育，國（guó）產數控機床的技術水平、性能和質量與國外還有較大差距，同樣難以得到（dào）大多數用戶的認可。

  一（yī）些國產數控機床製（zhì）造商不夠重（chóng）視整（zhěng）體工藝與製（zhì）造水平的提高，加工手段基本以普通機床與低效刀具為主，裝配調試完全靠手工，加工質量在（zài）生產（chǎn）進度的緊逼下不能得到穩定與（yǔ）提高。另外很多國產數控機床製造商的生產管理依然沿用原始（shǐ）的手（shǒu）工台賬管理方式，工（gōng）藝水平和管理（lǐ）效率低下使得企業無法形成足（zú）夠生產（chǎn）規模。如國外機床製造商能（néng）做到（dào）每周裝（zhuāng）調出產品，而國內的生產周期過長（zhǎng）且很難控製（zhì）。因（yīn）此我們在引進技術的同時應注意加強自身（shēn）工（gōng）藝技術改造和管理水平的提升（shēng）。

  由（yóu）於數（shù）控機床產業發展迅速，一部分企業不顧長遠利益，對提高自（zì）身的綜合服務（wù）水平不夠重視，甚至對服務缺乏（fá）真正的理解，隻注重推銷而不注重售前與售後服務。有些企業派出的人員對生（shēng）產的數控機床缺乏足夠了解，不會使用（yòng）或使用不好數控機床（chuáng），更不能指導用戶使用好機床;有的（de）對先進高效刀具缺乏基本了解，不能提供較好的工藝解決方案，用戶（hù）自然對製造商缺乏信心。製造商的（de）服（fú）務應從研（yán）究用戶的加工（gōng）產品、工藝、生（shēng）產類（lèi）型、質量要求入手，幫助用戶進行設備選（xuǎn）型，推薦先進工藝與工輔具，配備專業的培訓人員和（hé）良好的培訓環境（jìng），幫助用戶發揮機床的*大效益（yì）、加工出高質（zhì）量的*終產品，這樣才能逐（zhú）步得到用戶的認同，提（tí）高國產數控機（jī）床的市（shì）場占有率。