“高档”“数控”“机床”

这六个字包含三层概念，我们一层一层来看。

首先，什么是“机床”？

狭义上的“机床”通常指的是“切削机床”（说“狭义上”，是因为现在也出现了类似于3D打印等增材制造机床或其他特种机床），切削机床采用切削的方法将工件毛坯加工成机器零件的机器。也就是说， 机床是制造机器的机器 ，所以也称为“ 工作母机 ”，日语中称为“ 工作機械（こうさくきかい） ”，英语中称为“ Machine Tools ”。

第一台真正意义上的机床其实是一台 镗床 ，由英国实业家John Wilkinson于1775年发明 ^[1] 。这台镗床最开始的发明动机是为了解决当时军事上制造高精度 大炮炮筒 的实际问题。

镗削加工 是一种用刀具扩大回转工件上孔或其它 圆形轮廓内径 的切削工艺。其与车削相对应，车削是一种用刀具减小回转工件的 外径 或进行 端面成型 的切削工艺。 ^[2]

47岁的Wilkinson在他父亲的工厂里经过不断努力，终于制造出了这种能以罕见的精度制造出大炮炮筒的新机器。工作原理是：通过水轮使固定了镗刀的转轴旋转，并使其相对圆筒工件推进，其中固定了镗刀的转轴穿过圆筒并在两端支撑，由于刀具与工件之间有相对运动，材料就被镗出精度很高的圆柱形孔洞。

并且该镗床后来被用于蒸汽机气缸的加工。起因是James Watt发明蒸汽机之后，发现采用锻造的方法制造蒸汽机气缸十分困难，且气缸由于制造精度过低，漏气严重，限制了蒸汽机的制造及其使用效率的提高。 ^[3] 在采用了该镗床之后，可以制造50英寸以上的高精度气缸，极大地提升了蒸汽机气缸的加工质量和生产效率，并因此获得了巨大的成功。

之后，为了满足 各种不同加工工艺的需求 ，又相继出现了车床、铣床、刨床、磨床、钻床等等各种类型的机床。 ^[4]

关于常用的金属切削机床，可见：

然后，什么是“数控机床”？

第一台电子计算机于1946年2月14日在美国宾夕法尼亚大学（University of Pennsylvania）诞生。其最初研发动机是在二战背景下，应美国军方要求，制造一种以电子管代替继电器的“电子化”计算装置，用来计算炮弹弹道。

6 年后，即在 1952 年，Parsons公司与麻省理工学院（MIT）合作，结合基于电子计算机的 数字控制系统 （Numerical Control System）与辛辛那提公司（ Cincinnati ）的铣床，研发出第一台NC（Numerical Control）工作母机（又称“ 数字控制机床 ”），从此，传统机床产生了质的变化，标志着机床开始进入数控时代。 ^[5]

又过了6年，1958年麻省理工学院在美国军方赞助下与多家企业合作又开发出APT（Automatic Programming tools） ^[6] ，即一种高级计算机编程语言，用来生成数控机床的工作指令。现在最常见的一种是采用RS-274格式指令，通常称为“ G代码 ”。 ^[7]

经过计算机技术的不断发展，微处理器被应用到数字控制上，大幅提升功能，此类系统即称为计算机数字控制（CNC， Computer Numerical Control），应用此系统的机床也被称为CNC机床，即计算机数字控制机床，或简称为“ 数控机床 ”。

数控机床中的 数字控制 （Numerical Control）技术是用 数字化信号 对 机床的运动及其加工过程 进行控制的一种技术方法。 数控机床是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床 。国际信息处理联盟（International Federation of Information Processing，IFIP）第五技术委员会，对数控机床的定义： 数控机床是装有程序控制系统的机床 。该控制系统能逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控系统。经过运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按要求自动将零件加工出来。

数控机床加工，将刀具与工件的运动坐标分割成一些最小的单位量，即最小位移量，由数控系统按照零件程序的要求，使坐标移动若干个最小位移量（即控制刀具运动轨迹），从而实现刀具与工件的相对运动，完成对零件的加工。

刀具沿各坐标轴的相对运动，是以脉冲当量为单位的（mm/pulse）。当走刀轨迹为直线或圆弧时，数控装置则在线段或圆弧的起点和终点坐标值之间进行“数据点的密化”，求出一系列中间点的坐标值，然后按中间点的坐标值，向各坐标输出脉冲，保证加工出需要的直线或圆弧轮廓。

数控装置进行的这种“数据点的密化”称为 插补 ，一般数控装置都具有对基本函数（如直线函数和圆函数）进行插补的功能。实际上，在数控机床上加工任意曲线L的零件，是由该数控装置所能处理的基本数学函数来逼近的，例如直线、圆弧等。自然，逼近误差必须满足零件图样要求。

与传统机床相比，数控机床具有以下优点：

关于数控发展过程中留下的一些有趣的指令约定，可见：

最后，什么是“高档数控机床”？

“ 高档 ”或“ 高端 ”数控机床的定义：具有 高速 、 精密 、 智能 、 复合 、 多轴联动 、 网络通信 等功能的数控机床。其发展象征着国家目前的机床制造业占全世界机床产业发展的先进阶段，因此国际上把五轴联动数控机床等高档机床技术作为一个国家工业化的重要标志。 ^[10]

关于五轴数控机床的一些基本常识：

数控机床按 机床的功能水平 可分为低、中、高三档。这种分类方式，在我国用的很多。 低、中、高档的界限是相对的 ，不同时期的划分标准有所不同，就目前的发展水平来看，大体可以从以下几个方面区分（当然，这种分类不可能包含所有指标）：

随着先进生产技术的发展，要求现代数控机床向 高速度 、 高精度 、 高可靠性 、 智能化 和 更完善的功能 方向发展。