數控工具機的產生
隨著生產和科學技術的飛速發展，社會對機械產品多樣化的要求日益強烈，產品更新越來越快，多品種、中小批量生產的比重明顯增加，同時隨著汽車工業和輕工業消費品的高速增長，機械產品的結構日趨複雜，其精度日趨提高，性能不斷改善，激烈的市場競爭要求產品研製生產周期越來越短，傳統的加工設備和製造方法已難以適應這種多樣化、柔性化、高效和高質量複雜零件加工要求。因此，對製造機械產品的生產設備——工具機，必然會相應地提出高效率、高精度和高自動化的要求。
在機械產品中，單件與小批量產品占到70%——80%。這類產品的生產不僅對工具機提出了“三高”要求，而且還要求工具機應具有較強的適應產品變化的能力。特別是一些由曲線、曲面組成的複雜零件，若採用通用工具機加工，只能藉助畫線和樣板用手工操作的方法來加工，或利用靠模和仿型工具機來加工，其加工精度和生產效率都受到了很大的限制。
數控工具機就是為了解決單件、小批量，特別是高精度、複雜型面零件加工的自動化並保證質量要求而產生的。1947年美國PARSONS公司為了精確製造直升飛機機翼、漿葉和框架，開始探討用三坐標曲線數據控制工具機運動，並進行實驗加工飛機零件。1952年麻省理工學院（MIT）伺服機構研究所用實驗室製造的控制裝置與辛辛那提（Cincinnati Hydrotel）公司的立式銑床成功的實現了三軸聯動數控運動，實現控制銑刀連續空間曲面加工，它綜合套用了電子計算機、自動控制、伺服驅動、精密檢測與新型機械結構等多方面的技術成果，是一種新型的工具機，可用於加工複雜曲面零件。該銑床的研製成功是機械製造行業中的一次技術革命，使機械製造業的發展進入了一個嶄新的階段，揭開了數控加工技術的序幕。
數控工具機的發展趨勢
數控工具機自上世紀50年代問世到現在的半個世紀中，數控工具機的品種得以不斷發展，幾乎所有工具機都實現了數控化。目前，已經出現了包括生產決策、產品設計及製造和管理等全過程均由計算機集成管理和控制的計算機集成製造系統CIMS（Computer Integrated Manufacturing System），以實現工廠生產自動化。數控工具機的套用領域已從航空工業部門逐步擴大到汽車、造船、工具機、建築等機械製造行業，出現了金屬成型類數控工具機、特種加工數控工具機，還有數控繪圖機、數控三坐標測量機等。
1. 高精度化 普通級數控工具機加工精度已由原來的±10μm,提高到±5μm和±2μm，精密級從±5μm提高到±1.5μm。
2. 高速度化 提高主軸轉速是提高切削速度的最直接方法，現在主軸最高轉速可達50000r/min，進給運動快速移動速度達30-40m/min。
3. 高柔性化 由單機化發展到單元柔性化和系統柔性化，相繼出現柔性製造單元（FMC）,柔性製造系統（FMS）,和介於二者之間的柔性製造線（FTL）。
4. 高自動化 數控工具機除自動編程，上下料、加工等自動化外，還在自動檢索、監控、診斷、自動對刀、自動傳輸的方面發展。
5. 複合化 包含工序複合化，功能複合化，在一台數控設備上完成多工序切削加工（車、銑、鏜、鑽）
6. 高可靠性 系統平均無故障時間MTBF由80年代10000h提高到現在的30000h，而整機的MTBF也從100～200h提高到500～800h。
7. 在智慧型化 網路化方面也得到較大發展現已出現了通過網路功能進行的遠程診斷服務。
數控工具機的特點
加工精度數控工具機是按數字形式給出的指令進行加工的。目前數控工具機的脈衝當量普遍達到了0.001mm，而且進給傳動鏈的反向間隙與絲槓螺距誤差等均可由數控裝置進行補償，因此，數控工具機能達到很高的加工精度。
對加工對象的適應性強
在數控工具機上改變加工零件時，只需從新編制（更換）程式，輸入新的程式就能實現對新的零件的加工，這就為複雜結構的單件、小批量生產以及試製新產品提供了極大的便利。
自動化程度高，勞動強度低
數控工具機對零件的加工是按事先編好的程式自動完成的，操作者除了安放穿孔帶或操作鍵盤、裝卸工件、關鍵工序的中間檢測以及觀察工具機運行之外，不需要進行繁雜的重複性手工操作，勞動強度與緊張程度均可大為減輕，加上數控工具機一般都具有較好的安全防護、自動排屑、自動冷卻和自動潤滑裝置，操作者的勞動條件也大為改善。
數控工具機主軸的轉速和進給量的變化範圍比普通工具機大，因此，數控工具機每一道工序都選用最有利的切削用量。由於數控工具機的結構剛性好，因此允許進行大切削量的強力切削，這就提高了數控工具機的切削功率，節省了機動時間。
數控工具機更換被加工零件時幾乎不需要重新調整工具機，故節省了零件安裝、調整時間。數控工具機加工質量穩定，一般只做首件檢驗和工序間關鍵尺寸的抽樣檢驗，因此節省了停機檢驗時間。
在單件、小批量生產的情況下，使用數控工具機加工，可節省劃線工時，減少調整、加工和檢驗時間，節省了直接生產費用；使用數控工具機加工零件一般不需要製作專用夾具，節省了工藝裝備費用；數控工具機加工精度穩定，減少了廢品率，使生產成本進一步下降。
有利於現代化管理採用數控工具機加工，能準確地計算出零件加工工時和費用，並有效地簡化了檢驗夾具、半成品的管理工作，這些特點都有利於現代化的生產管理。
數控工具機的組成
數控工具機一般由控制介質、數控裝置、伺服系統、測量反饋裝置和工具機本體組成
數控工具機的分類
1，按加工工藝方法分類普通數控工具機
為了不同的工藝需要，普通數控工具機有數控車床、銑床、鑽床、鏜床及磨床等，而且每一類又有很多品種。
數控加工中心
數控加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置的數控工具機。典型的數控加工中心有鏜銑加工中心和車削加工中心。
多坐標數控工具機
多坐標聯動的數控工具機，其特點是數控裝置能同時控制的軸數較多，工具機結構也較複雜。坐標軸數的多少取決於加工零件的複雜程度和工藝要求，現在常用的有四、五、六坐標聯動的數控工具機。
數控特種加工工具機
數控特種加工工具機包括電火花加工機床、數控線割工具機、數控雷射切割工具機等。
點位控制數控工具機
這類工具機只控制運動部件從一點移動到另一點的準確位置，在移動過程中不進行加工，對兩點間的移動速度和運動軌跡沒有嚴格要求，可以沿多個坐標同時移動，也可以沿各個坐標先後移動。採用點位控制的工具機有數控鑽床、數控坐標鏜床、數控沖床和數控測量機等。
直線控制數控工具機
這類工具機不僅要控制點的準確定位，而且要控制(或工作檯)以一定的速度沿與坐標軸平行的方向進行切削加工。
輪廓控制數控工具機
這類工具機能夠對兩個或兩個以上運動坐標的位移及速度進行連續相關的控制，使合成的平面或空間運動軌跡能滿足零件輪廓的要求。
輪廓控制數控工具機有數控銑床、車床、磨床和加工中心等。
開環數控工具機
開環數控工具機採用開環進給伺服系統，伺服驅動部件通常為反應式步進電動機或混合式伺服步進電動機。
閉環數控工具機
閉環數控工具機的進給伺服系統是按閉環原理工作的，帶有直線位移檢測裝置，直接對工作檯的實際位移量進行檢測。伺服驅動部件通常採用直流伺服電動機和交流伺服電動機。
半閉環數控工具機
這類控制系統與閉環控制系統的區別在於採用角位移檢測元件，檢測反饋信號不是來自工作檯，而是來自與電動機相聯繫的角位移檢測元件。
硬體式數控工具機
硬體式數控工具機（NC工具機）使用硬體式數控裝置，它的輸入、查補運算和控制功能都由專用的固定組合邏輯電路來實現，不同功能的工具機，其結合邏輯電路也不相同。改變或增減控制、運算功能時，需要改變數控裝置的硬體電路。
軟體式數控工具機
這類數控工具機使用計算機數控裝置（CNC）。此數控裝置的硬體電路是由小型或微型計算機再加上通用或專用的大規模積體電路製成。數控工具機的主要功能幾乎全部由系統軟體來實現，所以不同功能的工具機其系統軟體也就不同，而修改或增減系統功能時，不需改變硬體電路，只需改變系統軟體。
按數控裝置的功能水平分類
按此分類方法可將數控工具機分為低、中、高檔三類。
數控工具機的工作原理
1、根據被加工零件的圖樣與工藝規程，用規定的代碼和程式格式編寫加工程式。
2、將所編程式指令輸入工具機數控裝置。
3、數控裝置將程式（代碼）進行解碼、運算之後，向工具機各個坐標的伺服機構和輔助控制在發出信號，以驅動工具機的各運動部件，並控制所需要的輔助動作，最後加工出合格的零件。
發展方向
高速、精密、複合、智慧型和綠色是數控工具機技術發展的總方向，近幾年來，在實用化和產業化等方面取得可喜成績。主要表現在：
1. 工具機複合技術進一步擴展隨著數控工具機技術進步，複合加工技術日趨成熟，包括銑-車複合、車銑復
合、車-鏜-鑽-齒輪加工等複合，車磨複合，成形複合加工、特種複合加工等，複合加工的精度和效率大大提高。“一台工具機就是一個加工廠”、“一次裝卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，複合加工工具機發展正呈現多樣化的態勢。
2.智慧型化技術有新突破數控工具機的智慧型化技術有新的突破，在數控系統的性能上得到了較多體現。如：自動調整干涉防碰撞功能、斷電後工件自動退出安全區斷電保護功能、加工零件檢測和自動補償學習功能、高精度加工零件智慧型化參數選用功能、加工過程自動消除工具機震動等功能進入了實用化階段，智慧型化提升了工具機的功能和品質。
3.機器人使柔性化組合效率更高機器人與主機的柔性化組合得到廣泛套用，使得柔性線更加靈活、功能進一步擴展、柔性線進一步縮短、效率更高。機器人與加工中心、車銑複合工具機、磨床、齒輪加工工具機、工具磨床、電加工工具機、鋸床、衝壓工具機、雷射加工工具機、水切割工具機等組成多種形式的柔性單元和柔性生產線已經開始套用。
4.精密加工技術有了新進展數控金切工具機的加工精度已從原來的絲級（0.01mm）提升到目前的微米級（0.001mm），有些品種已達到0.05μm左右。超精密數控工具機的微細切削和磨削加工，精度可穩定達到0.05μm左右，形狀精度可達0.01μm左右。採用光、電、化學等能源的特種加工精度可達到納米級（0.001μm）。通過工具機結構設計最佳化、工具機零部件的超精加工和精密裝配、採用高精度的全閉環控制及溫度、振動等動態誤差補償技術，提高工具機加工的幾何精度，降低形位誤差、表面粗糙度等，從而進入亞微米、納米級超精加工時代。
5.功能部件性能不斷提高功能部件不斷向高速度、高精度、大功率和智慧型化方向發展，並取得成熟的套用。全數字交流伺服電機和驅動裝置，高技術含量的電主軸、力矩電機、直線電機，高性能的直線滾動組件，高精度主軸單元等功能部件推廣套用，極大的提高數控工具機的技術水平。
