进入20世纪90年代以来，数控技术不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成果，使其朝着高速化、高精化、复合化、智能化、高柔性化及结构开放化等方向发展。

为了满足数控机床发展需要，数控系统技术必须实现根本性变革：由有限的开放式体系结构向通用型、全开放式、全闭环控制模式发展；在集成化基础上，数控系统实现超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，实现高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，实现机床联网和中央集中控制的群控加工。

1.体系结构开放化、柔性化

随着制造业的发展，中小批量生产的趋势日益增强，对数控机床的柔性和通用性提出了更高的要求，希望能满足不同加工需求，能迅速高效、低成本地构筑面向用户的控制系统，并大幅度降低维护和培训成本，同时还要求具有网络功能，以适应未来车间面向任务和订单的生产组织和管理模式。为此，近10年来，随着计算机技术的飞速发展，各种不同层次的开放式数控系统应运而生并且快速发展。

开放式体系结构数控系统是开放式、高性能、智能化、网络化数控系统的通称。其核心是开放式，即系统各模块与运行平台的无关性、系统中各模块之间的互操作性和人机界面及通信接口的统一性。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，并向智能化、网络化方向发展。数控系统向通用计算机即开放式体系结构方向的发展已成为不可抗拒的潮流，并将成为最具生命力的技术平台。开放式体系结构数控系统的基本特点就是：系统互换性（interchangeability）、可伸缩性（scalability）、可移植性（portability）、互操作性（interoperability）和可扩展性（expandability）。

现代开放式数控系统的体系结构技术要求：采用通用型开放式闭环控制模式，采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式体系结构，利用开放式的数控技术软硬件平台，通过重构、编辑，系统的组成视需要可大可小，便于裁剪、扩展和升级；功能可专用也可通用，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统；功能价格比可调，可集成用户的技术诀窍等。

柔性化包含两方面：一方面是数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，满足不同用户的需求；另一方面是群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。

2.高速、高精、高效化

数控系统必须满足制造装备高速、高精、高效化的要求，而高可靠是制造装备运行的基本保证，因此控制系统必须解决高速运算技术、超高速通信技术、高速主轴技术、高分辨率位置检測技术、高响应数字伺服控制技术、高可靠性技术。

1）采用位数、频率更高的高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统，以提高系统的运算速度和数据处理能力，即提高插补运算的速度和精度。

2）数控系统插补和补偿方式多样化：多种插补方式如直线插补、圓弧插补、圓柱插补、空间椭圓曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、NURBS插补（非均匀有理B样条插补）、样条插补、多项式插补等；多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和測量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。

3）采用带高分辨率绝对式检測元件的全数字交流伺服系统和直线电动机伺服进给方式，提高动态响应速度。

4）采用前馈控制技术，使跟踪误差大大减小，改善拐角切削的加工精度。(www.daowen.com)

5）数控机床应采用电主轴，实现主轴电动机与机床主轴一体化。

3.控制智能化

现代数控系统是一个高度智能化的系统，为满足制造业生产柔性化、制造自动化的发展需求，数控系统应具有模拟、延伸、扩展智能行为的知识处理能力，在以下几个方面必须实现智能化。

1）高速加工时引入提前预測和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，提高数控系统的控制性能，从而达到最佳控制的目的。

2）加工过程自适应控制。通过监測加工过程中的刀具磨损、破损、切削力、主轴功率等信息并反馈，利用传统或现代的算法进行调节运算，实时修调加工参数或加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、工件表面质量以及设备运行的安全性。例如：数控电火花成型机床的自适应控制是利用基于模糊逻辑的自适应控制技术，实现自动控制和优化加工参数；在电火花数控系统中，用专家系统代替操作人员进行加工过程监控，从而降低了对操作者具备专门技能的要求。

3）加工参数的智能优化与选择。将专家或技工的经验、切削加工的一般规律与特殊规律，按人工智能中知识表达的方式建立知识库存入系统中，以加工工艺参数数据库为支撑，建立专家系统，并通过它提供经过优化的切削参数，使加工系统始终处于最优和最经济的工作状态，从而达到提高编程效率和加工工艺技术水平、缩短生产准备时间的目的。

4）故障自诊断功能。故障诊断专家系统是诊断装置发展的最新动向，在整个工作状态中，应随时对CNC系统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断、检查，为数控设备提供一个包括二次监測、故障诊断、安全保障和经济策略等方面在内的智能诊断及维护决策信息集成系统。采用智能混合技术，一旦出现故障时，立即采用停机等措施，并进行故障报警，提示发生故障的部位、原因等。还可以自动使故障模块脱机，并接通备用模块，以确保无人化工作环境的要求。

5）智能化交流伺服驱动装置。能自动识别负载，并自动调整参数的智能化伺服系统，包括智能主轴交流驱动单元和智能化进给伺服驱动单元。这种驱动单元能自动识别电动机及负载的转动惯量、负载转矩，并自动对控制系统参数进行优化和调整，使驱动系统获得最佳运行效果。

4.交互可视化

为了使设备易操作、易维修，数控系统应该实现：用户界面图形化，通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现；计算可视化，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息，使系统满足参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真和自动编程设计等；数控编程自动化，CAD/CAM图形交互式自动编程和CAD/CAPP/CAM集成的全自动编程是数控技术发展的新趋势。

5.通信网络化

为了实现机床联网，实现中央集中控制的群控加工，数控系统应该有强大的网络功能，通过联网，可在任何一台机床上对其他机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上，可进行远程控制和无人化操作，可实现信息共享。实现多种通信协议，既满足单机需要，又能满足FMC、FMS、CIMS对基层设备的要求，以满足形成“全球制造”的基础单元的需要。