1.1 數控機床的產生與發展

1.1.1 數控機床的產生

數控機床的產生如圖1-1所示。

1946年世界上第一臺電子計算機誕生后，人們就設想能否用電子計算機來解決復雜零件的加工問題。1948年，美國帕森斯公司在研制加工直升飛機葉片輪廓檢查用樣板的機床時，提出了用電子計算機控制機床來加工樣板曲線的設想。后來，該公司受美國空軍委托與麻省理工學院伺服機構研究所合作進行研制工作。1952年世界上第一臺由電子計算機控制的三坐標立式銑床試制成功。1959年3月29日，美國制成可按穿孔帶指令更換刀具和多種工序自動加工的綜合性數控機床，后稱為第一臺“加工中心”。我國從1958年開始研制數控機床，20世紀60年代中期進入實用階段。20世紀80年代開始引進日本、美國、德國等國外著名數控系統和伺服系統制造商的技術，使我國數控系統在性能、可靠性等方面得到了迅速發展。經過“六五”、“七五”、“八五”及“九五”科技攻關，我國已掌握了現代數控技術的核心內容。目前，我國已有數控系統（含主軸與進給驅動單元）生產企業五十多家，數控機床生產企業百余家。

1.1.2 數控機床的發展

數控機床發展至今已經歷了兩個階段共6代（如圖1-2所示）。數控機床正向高速、高效、高精度、高可靠性、模塊化、智能化、柔性化、集成化及體系結構開放性方向發展。

為了滿足市場和科學技術發展的需要，達到現代制造技術對數控技術提出的更高的要求，當前，數控技術及其裝備發展趨勢主要體現在以下幾個方面。

1.高速、 高效、 高精度和高可靠性

20世紀90年代以來，美、日及歐洲各國爭相開發、應用新一代高速數控機床，加快機床高速化發展步伐。高速主軸單元（電主軸，轉速15 000 ～100 000 rpm）、高速且高加（減）速度的進給運動部件（快移速度60 ～120 m/min，切削進給速度高達60 m/min）、高性能數控和伺服系統以及數控工具系統都出現了新的突破，達到了新的技術水平。

從精密加工發展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工業強國致力發展的方向。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。

高可靠性是指數控系統的可靠性要高于被控設備的可靠性一個數量級以上。

2.模塊化、 智能化、 柔性化和集成化

機床結構模塊化，數控功能專門化，機床性能價格比顯著提高并加快優化。個性化是近幾年來特別明顯的發展趨勢。

智能化的內容包括在數控系統中的各個方面：追求加工效率和加工質量方面的智能化，如自適應控制、工藝參數自動生成；提高驅動性能及使用連接方便方面的智能化，如前饋控制、電動機參數的自適應運算、自動識別負載、自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；智能診斷、智能監控方面的內容，方便系統的診斷及維修等。

所謂“柔性”即靈活、通用、萬能，可以適應加工不同形狀工件的自動化機床。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。其重點是以提高系統的可靠性、實用性為前提，以易于連網和集成為目標，數控機床及其構成的柔性制造系統能方便地與CAD、CAM、CAPP （計算機輔助工藝規程設計）連接，向信息集成方向發展。

3.開放性

為適應數控進線、連網、普及型個性化、多品種、小批量、柔性化及數控迅速發展的要求，最重要的發展趨勢是注重體系結構的開放性，設計生產開放式的數控系統。