数控机床概述

数控机床（Numerical Control machine）是用数字信息进行控制的机床，它用数字代码将刀具相对工件移动的轨迹、速度等信息记录在程序介质上，送入数控系统，然后经过译码和运算，控制机床刀具与工件的相对运动，加工出所需要的工件。数控机床是在机械制造技术和控制技术的基础上发展起来的，其过程大致如下。

微课视频：数控机床的概况

1948年，美国帕森斯公司（Parsons Corporation）接受美国空军委托，研制直升机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。由于样板形状复杂、精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出采用电子计算机来控制机床的设想。

1949年，受美国军方的委托，美国帕森斯公司与美国麻省理工学院伺服机构实验室（Servo Mechanism Laboratory of the Massachusetts Institute of Technology）合作，历时3年于1952年研制了立式数控铣床。该铣床是由三坐标直线插补连续控制的，被公认为世界上第一台数控机床，该铣床也是第一代数控实验性机床。它利用电子管元件，采用了计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测和新型机械结构等新技术。

1954年11月，在帕森斯专利基础上，第一台用于工业的数控机床由美国本迪克斯公司（Bendix Cooperation）正式生产出来，1955年美空军订购了约100台。

1959年3月，美国卡耐·特雷克公司（Keaney & Trecker Corp）发明了带有自动换刀装置的数控机床，它被称为加工中心（Machining Center，MC）。这种机床在刀库中装有丝锥、钻头、铰刀和铣刀等刀具，根据穿孔带的指令自动选择刀具，并通过机械手将刀具装在主轴上，对工件进行加工。同时，数控系统中广泛采用晶体管和印制电路板，从而使数控机床跨入了第二代数控产品。

1965年研制出了小规模集成电路。由于它的体积小、功耗低，使数控系统的可靠性得到进一步提高，数控机床发展到第三代数控产品。

以上三代，都是采用专用计算机控制的硬件逻辑数控（Numerical Control，NC）系统的普通机床。

由于当时计算机的价格十分昂贵，为了提高系统的性能价格比，1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，这是最初的柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）。之后，美、日等国也相继进行了开发和应用。所谓柔性，就是当加工工件改变时，除了重新装夹工件和更换刀具外，只需改变数控程序，而不需要对数控机床做任何调整，即灵活、通用并能迅速适应工件变更的特性。

随着计算机技术的发展，小型计算机的价格急剧下降，小型计算机开始取代专门控制的硬件逻辑数控系统，数控的许多功能由软件程序来实现。

1970年，在美国芝加哥国际展览会上，首次展出了这种由计算机作控制单元的数控（Computer Numerical Control，CNC）系统，这就是第四代数控产品。

1974年，美、日等国首先研制出以微处理器为核心的微型计算机数控系统。由于中、大规模集成电路的集成度和可靠性高且价格低廉，所以微处理器数控系统得到了广泛的应用。这就是第五代数控产品。

1978年后，加工中心迅速发展，各种加工中心相继问世。

1980年初，国际上又出现了柔性制造单元（Flexible Manufacturing Cell，FMC）。这种单元投资少、见效快，既可单独长时间、少人看管运行，又可集成到FMS或更高级的集成制造系统中使用，数控系统也得到升级发展。(www.xing528.com)

20世纪80年代末90年代初，计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System，CIMS）是包括生产决策、产品设计CAD、制造CAM、检验CAT和管理等全过程均由计算机集成管理和控制的生产自动化系统。实现CIMS的基础是FMC何FMS。几十年来，数控机床无论是在品种、数量还是在功能上都取得了长足的进步，并为机械制造业注入了新的活力。

我国数控机床及技术起始于1958年，是由清华大学和北京第一机床厂共同研制成功的。我国数控机床产业的发展一直受到国家经济状况、数控技术发展水平与国家扶持政策的制定等三大因素的影响。总体来说，我国数控机床的发展大致可划分为3个阶段。

1．封闭式发展阶段

在我国数控机床诞生的最初20年中，由于国外技术封锁以及我国基础条件薄弱，机床总体设计实力较差，数控机床发展十分缓慢，加之受微电子技术发展的制约，各种配套基础元部件、数控系统等的可靠性较差，工作不稳定，导致我国数控机床无法正式生产，难以形成相应产业。

2．引进国外先进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段

1980年以来，在改革开放政策的指导下，国家大力支持发展机床行业，先后从日本、美国、欧洲等工业发达国家引进数控系统、伺服系统、数控机床及一些基础功能元部件等。通过引进相关技术并消化吸收，有效地促进了我国数控机床产业的发展，使我国在数控技术的研究、开发及数控机床的生产和应用水平等方面都取得了长足的发展与进步。

3．产业化研究，进入市场竞争阶段

据数控机床发展概述显示，我国数控机床的发展在经历了30年的跌宕起伏后，已经由成长期进入到成熟期。在此过程中，我国国产数控装备的产业化取得了实质性的发展与进步，在技术水平、品种、质量等方面都取得了较大成绩。随着我国国民经济与高新技术产业的快速发展，特别是加入WTO以后，对数控机床的需求日益旺盛。2001年我国机床工业产值进入世界前五名，数控机床产量达1.75万台，比2000年增长28.5%；2004年数控机床产量达5.2万台，同比年增长40%；2008年，我国金属切削机床年产量达到61.7万台，其中数控机床产量12.2万台，分别比2001年增长了2.21倍和5.97倍。在2002—2008年间，我国金属切削机床产量年均增长18.58%，而同期数控机床产量年平均增长率高达33.22%，大大高于普通金属切削机床的增长速度，而且数控机床在金属加工机床总量中的比重也呈逐年上升趋势。

此外，我国机床的数控化率也逐年提高，机床数控化率已由2001年的9.12%上升为2008年的19.79%，同时产值数控化率也由37.8%提高到48.6%。

进入21世纪，国家实施振兴装备制造业的战略，将发展大型、精密、高速数控装备和数控系统及功能部件列为加快振兴装备制造业16项重点任务之一。在国家政策支持的推动和市场需求的拉动下，特别是汽车工业的快速发展，制造装备产品需求旺盛，使我国机床工业迅速走出低谷，迎来前所未有的黄金机遇。

中国的数控机床无论是从产品种类、技术水平、质量还是产量上都取得了高速发展，在一些关键技术方面也取得了重大突破。2010年中国数控机床产量达到23.6万台，同比增长62.2%，中国可供市场的数控机床有1 500种，几乎覆盖了整个金属切削机床的品种和主要的锻压机械。2014年中国数控机床产量达到39.1万台。

自2004年开始，我国跃居世界机床工业大国，成为全球瞩目的机床大市场。2020年，我国机床产业总产值近170亿欧元，占全球总产值的近30%，位列第一。我国同时也是机床消费的第一大国，2020年的消费额为180多亿欧元，占全球消费总额的三分之一。但是我国机床工业仍大而不强，国内高端数控机床和机床的关键核心零部件制造能力偏弱，机床的平均无故障时间（MTBF）不高。《中国制造“2025”》将高端数控机床研制列为大力突破的重点领域。可以预见，在不远的将来，我国将真正从机床工业大国变为机床工业强国。