1.1　数控机床的发展趋势

采用数字控制技术进行机械加工的思想，最早来源于20 世纪40 年代初。数控机床最早产生于美国，1952 年，麻省理工学院研制成功了一台三坐标连续控制的铣床样机，用的电子元器件是电子管，这是公认的世界上第一台数控机床。

从1952 年世界上第一台数控机床问世至今，随着微电子技术的不断发展，特别是计算机技术的发展，数控系统经历了以下变化。

1952 年，出现第一代数控系统，采用的是电子管。

1959 年，出现第二代晶体管数控系统。随之出现刀库、机械手、加工中心（带自动换刀装置）。

1965 年，出现第三代集成电路（硬逻辑）数控系统。

1970 年，出现第四代小型计算机数控系统。

1974 年，出现第五代微型计算机数控系统。

1980 年后，柔性制造系统（FMS）、柔性制造单元（FMC）、计算机集成制造系统（CIMS）、“开放式”数控（open NC）系统、智能制造系统（IMS）大发展。

我国数控机床的研制始于1958 年，由清华大学研制出了最早的样机。1966 年诞生了第一台用于直线-圆弧插补的晶体管数控系统。20 世纪80 年代初期，引入日本FANUC 数控技术后，我国的数控机床才真正进入小批量生产的商品化时代。20 世纪90 年代末，华中数控自主开发出基于PC-NC 的HNC 数控系统。

高速化、高精度化、高可靠性、复合化、智能化、柔性化、集成化和开放性是当今数控机床行业的主要发展方向。

1.个性化的发展趋势

1）高速化、高精度化、高可靠性

（1）高速化。提高进给速度与提高主轴转速。加工中心高速化可充分发挥现代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率，降低加工成本，还可以提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适应性。依靠快速、准确的数字量传递技术对高性能的机床执行部件进行高精密度、高响应速度的实时处理，由于采用了新型刀具，车削和铣削的切削速度已达到 5000～8000m/min 以上；主轴转速在30 000r/min 以上；工作台的移动速度（进给速度），在分辨率为1μm 时，达到100m/min 以上，在分辨率为0.1μm 时，达到24m/min 以上；加工中心换刀时间从5～10s 减少到小于1s，工作台交换时间也由12～20s 减少到2.5s 以内。

（2）高精度化。其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级（<10nm），其应用范围日趋广泛。近十多年来，普通级数控机床的加工精度已由±10μm 提高到±5μm，精密级加工中心的加工精度则从±（3～5）μm 提高到±（1～1.5）μm。

（3）高可靠性。一般数控系统的可靠性要比数控设备的可靠性高一个数量级以上，但也不是可靠性越高越好，因为商品受性能价格比的约束。

2）复合化

数控机床的功能复合化的发展，其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、攻丝、铰孔和扩孔等多种操作工序，从而提高了机床的效率和加工精度，提高生产的柔性。

3）智能化

智能化的内容体现在数控系统中的各个方面：提高加工效率和加工质量方面的智能化；提高驱动性能及使用连接方便等方面的智能化；简化编程、简化操作方面的智能化；还有如智能化的自动编程、智能化的人机界面等，以及智能诊断、智能监控等方面的内容，方便系统的诊断及维修。

4）柔性化、集成化

当今世界上的数控机床有向柔性自动化系统发展的趋势，从点、线向面、体的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。

2.个性化是市场适应性的发展趋势

当今的市场，国际合作的格局逐渐形成，产品竞争日趋激烈，高效率、高精度加工手段的需求在不断升级，用户的个性化要求日趋强烈，专业化、专用化、高科技的机床越来越得到用户的青睐。

3.开放性是体系结构的发展趋势

新一代数控系统的开发核心是开放性。新一代数控系统是具有软件平台和硬件平台的开放式系统，采用模块化、层次化的结构，向外提供统一的应用程序接口。

开放式体系结构可以采用通用微机的先进技术（如多媒体技术），实现声控自动编程、图形扫描自动编程等。开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库，以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。开放式体系结构使数控系统既可通过升档或剪裁构成各种档次的数控系统，又可通过扩展构成不同类型的数控加工中心，开发和生产周期大大缩短。这种数控系统可随CPU 升级而升级，结构上不必变动。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性和扩展性，并向智能化、网络化方向发展。

网络化数控装备是近两年的一个新的焦点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式（如敏捷制造、虚拟企业、全球制造）的基础单元。先进的CNC 系统为用户提供了强大的联网能力，除串行接口外，还带有远程缓冲功能的DNC 接口，可以实现几台数控机床、加工中心之间的数据通信和直接对机床进行控制。现代数控机床为适应自动化技术的进一步发展和工厂自动化规模越来越大的要求，满足不同厂家、不同类型数控机床联网的需要，已具有与工业局域网（LAN）通信的功能，并配备MAP（制造自动化协议）接口，为现代数控机床配备FMS 及CIMS 创造了条件，促进了系统集成化和信息综合化，使远程操作、监控、遥控及远程故障诊断成为可能。不仅有利于对其产品的监控，也适于大规模现代化生产的无人化车间实现网络管理，还适于在操作人员不宜到现场的环境（如对环境要求很高的超精密加工和对人体有害的环境）中工作。