概述
數控系統是數字控制系統簡稱，英文名稱為Numerical ControlSystem，早期是由硬件電路構成的稱為硬件數控（Hard NC），1970年代以後，硬件電路元件逐步由專用的計算機代替稱為計算機數控系統。數控系統是數字控制系統的簡稱，英文名稱為（Numerical Control System），早期是由硬件電路構成，稱為硬件數控（Hard NC），1970年代以後，硬件電路元件逐步由專用的計算機代替稱為計算機數控系統。計算機數控（Computerized Numerical Control，簡稱CNC）系統是用計算機控制加工功能，實現數值控制的系統。CNC系統根據計算機存儲器中存儲的控制程序，執行部分或全部數值控制功能，并配有接口電路和伺服驅動裝置的專用計算機系統。通過利用數字、文字和符号組成的數字指令來實現一台或多台機械設備動作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和開關量。
發展
當前智能制造的快速發展,使得數控技術的開放性與智能化的特點更為明顯,我國對于數控技術也愈發重視,這将有效推進國内工業制造的自動化與智能化。闡述了我國數控技術發展現狀與趨勢,分析了國内數控技術發展水平與智能制造技術相較國際先進技術的現有差距。數控技術的發展是一個國家制造能力與水平的體現,結合大數據和人工智能,數控技術成為智能制造的重要基石,數控技術的創新與突破是實施智能制造工程的重要保障。
目前我國正處于工業化中期，即從解決短缺為主逐步向建設經濟強國轉變，煤炭、汽車、鋼鐵、房地産、建材、機械、電子、化工等一批以重工業為基礎的高增長行業發展勢頭強勁，構成了對機床市場尤其是數控機床的巨大需求。根據《中國數控系統行業發展前景與投資預測分析報告前瞻》所統計的數據顯示，我國機床消費額從2002年起已經連續8年排名世界第一。2009年，中國機床消費額大于世界排名第二位的日本和第三位的德國消費額之和。據國家發展改革委副主任張國寶于《在數控系統産業發展座談會上的講話》介紹，未來若幹年内，我國數控機床市場需求量将繼續以年均10-15%的速度增長，市場潛力巨大。随着中國制造業升級，中國現有普通機床也亟需改造升級，因此，數控系統行業市場空間廣闊，具備進一步發展的巨大潛力。
“十二五”期間，随着國民經濟快速的發展，汽車、船舶、工程機械、航天航空等行業将為我國機床行業提供巨大的需求，前瞻網預計到2015年我國各類數控機床及數字化機械所需數控系統需求将達到25萬台套以上(不包含進口機床所配套的數控系統)，産品結構也逐漸向中、高檔轉化，其中高檔數控系統所占比率将提升至10%左右，中檔數控系統所占比重提升至50%左右。而根據國家科技重大專項之一《高檔數控機床與基礎制造裝備》要求，到2020年，國産中、高檔數控機床用的國産數控系統市場占有率達到60%以上;國内中高端數控系統市場有12萬台的替代空間，未來行業空間巨大。
構成
目前世界上的數控系統種類繁多，形式各異，組成結構上都有各自的特點。這些結構特點來源于系統初始設計的基本要求和工程設計的思路。例如對點位控制系統和連續軌迹控制系統就有截然不同的要求。對于T系統和M系統，同樣也有很大的區别，前者适用于回轉體零件加工，後者适合于異形非回轉體的零件加工。對于不同的生産廠家來說，基于曆史發展因素以及各自因地而異的複雜因素的影響，在設計思想上也可能各有千秋。例如，美國Dynapath系統采用小闆結構，便于闆子更換和靈活結合，而日本FANUC系統則趨向大闆結構，使之有利于系統工作的可靠性，促使系統的平均無故障率不斷提高。然而無論哪種系統，它們的基本原理和構成是十分相似的。
一般整個數控系統由三大部分組成，即控制系統，伺服系統和位置測量系統。控制系統按加工工件程序進行插補運算，發出控制指令到伺服驅動系統；伺服驅動系統将控制指令放大，由伺服電機驅動機械按要求運動；測量系統檢測機械的運動位置或速度，并反饋到控制系統，來修正控制指令。這三部分有機結合，組成完整的閉環控制的數控系統。
控制系統主要由總線、CPU、電源、存貯器、操作面闆和顯示屏、位控單元、可編程序控制器邏輯控制單元以及數據輸入/輸出接口等組成。最新一代的數控系統還包括一個通訊單元，它可完成CNC、PLC的内部數據通訊和外部高次網絡的連接。伺服驅動系統主要包括伺服驅動裝置和電機。位置測量系統主要是采用長光栅或圓光栅的增量式位移編碼器。
1、硬件結構
數控系統的硬件由數控裝置、輸入/輸出裝置、驅動裝置和機床電器邏輯控制裝置等組成，這四部分之間通過I/O接口互連。
數控裝置是數控系統的核心，其軟件和硬件來控制各種數控功能的實現。
數控裝置的硬件結構按CNC裝置中的印制電路闆的插接方式可以分為大闆結構和功能模塊（小闆）結構；按CNC裝置硬件的制造方式，可以分為專用型結構和個人計算機式結構；按CNC裝置中微處理器的個數可以分為單微處理器結構和多微處理器結構。
（1）大闆結構和功能模闆結構
1）大闆結構
大闆結構CNC系統的CNC裝置由主電路闆、位置控制闆、PC闆、圖形控制闆、附加I/O闆和電源單元等組成。主電路闆是大印制電路版，其它電路闆是小闆，插在大印制電路闆上的插槽内。這種結構類似于微型計算機的結構。
2）功能模塊結構
（2）單微處理器結構和多微處理器結構
1）單微處理器結構
在單微處理器結構中，隻有一個微處理器，以集中控制、分時處理數控裝置的各個任務。
2）多微處理器結構
随着數控系統功能的增加、數控機床的加工速度的提高，單微處理器數控系統已不能滿足要求，因此，許多數控系統采用了多微處理器的結構。若在一個數控系統中有兩個或兩個以上的微處理器，每個微處理器通過數據總線或通信方式進行連接，共享系統的公用存儲器與I/O接口，每個微處理器分擔系統的一部分工作，這就是多微處理器系統。
2、軟件結構
CNC軟件分為應用軟件和系統軟件。CNC系統軟件是為實現CNC系統各項功能所編制的專用軟件，也叫控制軟件，存放在計算機EPROM内存中。各種CNC系統的功能設置和控制方案各不相同，它們的系統軟件在結構上和規模上差别很大，但是一般都包括輸入數據處理程序、插補運算程序、速度控制程序、管理程序和診斷程序。
（1）輸入數據處理程序
它接收輸入的零件加工程序，将标準代碼表示的加工指令和數據進行譯碼、數據處理，并按規定的格式存放。有的系統還要進行補償計算，或為插補運算和速度控制等進行預計算。通常，輸入數據處理程序包括輸入、譯碼和數據處理三項内容。
（2）插補計算程序
CNC系統根據工件加工程序中提供的數據，如曲線的種類、起點、終點等進行運算。根據運算結果，分别向各坐标軸發出進給脈沖。這個過程稱為插補運算。進給脈沖通過伺服系統驅動工作台或刀具作相應的運動，完成程序規定的加工任務。
CNC系統是一邊插補進行運算，一邊進行加工，是一種典型的實時控制方式，所以，插補運算的快慢直接影響機床的進給速度，因此應該盡可能地縮短運算時間，這是編制插補運算程序的關鍵。
(3)速度控制程序
速度控制程序根據給定的速度值控制插補運算的頻率，以保預定的進給速度。在速度變化較大時，需要進行自動加減速控制，以避免因速度突變而造成驅動系統失步。
(4)管理程序
管理程序負責對數據輸入、數據處理、插補運算等為加工過程服務的各種程序進行調度管理。管理程序還要對面闆命令、時鐘信号、故障信号等引起的中斷進行處理。
(5)診斷程序
診斷程序的功能是在程序運行中及時發現系統的故障，并指出故障的類型。也可以在運行前或故障發生後，檢查系統各主要部件（CPU、存儲器、接口、開關、伺服系統等）的功能是否正常，并指出發生故障的部位。
分類
1、按被控機床的運動軌迹分類
（1）點位控制數控系統
控制工具相對工件從某一加工點移到另一個加工點之間的精确坐标位置,而對于點與點之間移動的軌迹不進行控制，且移動過程中不作任何加工。這一類系統的設備有數控鑽床、數控坐标镗床和數控沖床等。
（2）直線控制數控系統
不僅要控制點與點的精确位置，還要控制兩點之間的工具移動軌迹是一條直線，且在移動中工具能以給定的進給速度進行加工，其輔助功能要求也比點位控制數控系統多，如它可能被要求具有主軸轉數控制、進給速度控制和刀具自動交換等功能。此類控制方式的設備主要有簡易數控車床、數控镗銑床等。
（3）輪廓控制數控系統
這類系統能夠對兩個或兩個以上坐标方向進行嚴格控制，即不僅控制每個坐标的行程位置，同時還控制每個坐标的運動速度。各坐标的運動按規定的比例關系相互配合，精确地協調起來連續進行加工，以形成所需要的直線、斜線或曲線、曲面。采用此類控制方式的設備有數控車床、銑床、加工中心、電加工機床和特種加工機床等。
2、按伺服系統分類
按照伺服系統的控制方式，可以把數控系統分為以下幾類：
（1）開環控制數控系統
這類數控系統不帶檢測裝置，也無反饋電路，以步進電動機為驅動元件，如圖3所示。CNC裝置輸出的指令進給脈沖經驅動電路進行功率放大，轉換為控制步進電動機各定子繞組依此通電／斷電的電流脈沖信号，驅動步進電動機轉動，再經機床傳動機構(齒輪箱，絲杠等)帶動工作台移動。這種方式控制簡單，價格比較低廉，被廣泛應用于經濟型數控系統中。
（2）半閉環控制數控系統
位置檢測元件被安裝在電動機軸端或絲杠軸端，通過角位移的測量間接計算出機床工作台的實際運行位置(直線位移)，并将其與CNC裝置計算出的指令位置(或位移)相比較，用差值進行控制，其控制框圖如圖4所示。由于閉環的環路内不包括絲杠、螺母副及機床工作台這些大慣性環節，由這些環節造成的誤差不能由環路所矯正，其控制精度不如閉環控制數控系統，但其調試方便，可以獲得比較穩定的控制特性，因此在實際應用中，這種方式被廣泛采用。
（3）全閉環控制數控系統
位置檢測裝置安裝在機床工作台上，用以檢測機床工作台的實際運行位置(直線位移)，并将其與CNC裝置計算出的指令位置(或位移)相比較，用差值進行控制。這類控制方式的位置控制精度很高，但由于它将絲杠、螺母副及機床工作台這些大慣性環節放在閉環内，調試時，其系統穩定狀态很難達到。
3、按數控系統功能水平分類
（1）經濟型數控系統
又稱簡易數控系統，通常僅能滿足一般精度要求的加工，能加工形狀較簡單的直線、斜線、圓弧及帶螺紋類的零件，采用的微機系統為單闆機或單片機系統，如：經濟型數控線切割機床，數控鑽床，數控車床，數控銑床及數控磨床等。
（2）普及型數控系統
通常稱之為全功能數控系統，這類數控系統功能較多，但不追求過多，以實用為準。
（3）高檔型數控系統
指加工複雜形狀工件的多軸控制數控系統，且其工序集中、自動化程度高、功能強、具有高度柔性。用于具有5軸以上的數控銑床，大、中型數控機床、五面加工中心，車削中心和柔性加工單元等。
工作流程
1、輸入：零件程序及控制參數、補償量等數據的輸入，可采用光電閱讀機、鍵盤、磁盤、連接上級計算機的DNC接口、網絡等多種形式。CNC裝置在輸入過程中通常還要完成無效碼删除、代碼校驗和代碼轉換等工作。
2、譯碼：不論系統工作在MDI方式還是存儲器方式，都是将零件程序以一個程序段為單位進行處理，把其中的各種零件輪廓信息(如起點、終點、直線或圓弧等)、加工速度信息(F代碼)和其他輔助信息(M、S、T代碼等)按照一定的語法規則解釋成計算機能夠識别的數據形式，并以一定的數據格式存放在指定的内存專用單元。在譯碼過程中，還要完成對程序段的語法檢查，若發現語法錯誤便立即報警。
3、刀具補償：刀具補償包括刀具長度補償和刀具半徑補償。通常CNC裝置的零件程序以零件輪廓軌迹編程，刀具補償作用是把零件輪廓軌迹轉換成刀具中心軌迹。目前在比較好的CNC裝置中，刀具補償的工件還包括程序段之間的自動轉接和過切削判别，這就是所謂的C刀具補償。
4、進給速度處理：編程所給的刀具移動速度，是在各坐标的合成方向上的速度。速度處理首先要做的工作是根據合成速度來計算各運動坐标的分速度。在有些CNC裝置中，對于機床允許的最低速度和最高速度的限制、軟件的自動加減速等也在這裡處理。
5、插補：插補的任務是在一條給定起點和終點的曲線上進行“數據點的密化”。插補程序在每個插補周期運行一次，在每個插補周期内，根據指令進給速度計算出一個微小的直線數據段。通常，經過若幹次插補周期後，插補加工完一個程序段軌迹，即完成從程序段起點到終點的“數據點密化”工作。
6、位置控制：位置控制處在伺服回路的位置環上，這部分工作可以由軟件實現，也可以由硬件完成。它的主要任務是在每個采樣周期内，将理論位置與實際反饋位置相比較，用其差值去控制伺服電動機。在位置控制中通常還要完成位置回路的增益調整、各坐标方向的螺距誤差補償和反向間隙補償，以提高機床的定位精度。
7、I/0處理：I/O處理主要處理CNC裝置面闆開關信号，機床電氣信号的輸入、輸出和控制(如換刀、換擋、冷卻等)。
8、顯示：CNC裝置的顯示主要為操作者提供方便，通常用于零件程序的顯示、參數顯示、刀具位置顯示、機床狀态顯示、報警顯示等。有些CNC裝置中還有刀具加工軌迹的靜态和動态圖形顯示。
9、診斷：對系統中出現的不正常情況進行檢查、定位，包括聯機診斷和脫機診斷。
應用舉例
常用的數控系統有發那科、西門子、三菱、廣數、華中等數控系統。
1、發那科（FANUC）系統簡介
NUC系統是日本富士通公司的産品，通常其中文譯名為發那科。FANUC系統進入中國市場有非常悠久的曆史，有多種型号的産品在使用，使用較為廣泛的産品有FANUC0、FANUC16、FANUC18、FANUC21等。在這些型号中，使用最為廣泛的是FANUC0系列。
系統在設計中大量采用模塊化結構。這種結構易于拆裝、各個控制闆高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于維修、更換。FANUC系統設計了比較健全的自我保護電路。
PMC信号和PMC功能指令極為豐富，便于工具機廠商編制PMC控制程序，而且增加了編程的靈活性。系統提供串行RS232C接口，以太網接口，能夠完成PC和機床之間的數據傳輸。
FANUC系統性能穩定，操作界面友好，系統各系列總體結構非常的類似，具有基本統一的操作界面。FANUC系統可以在較為寬泛的環境中使用，對于電壓、溫度等外界條件的要求不是特别高，因此适應性很強。
鑒于前述的特點，FANUC系統擁有廣泛的客戶。使用該系統的操作員隊伍十分龐大，因此有必要了解該系統的一些軟、硬件上的特點。
我們可以通過常見的FANUC0系列了解整個FANUC系統的特點。
（1）剛性攻絲
主軸控制回路為位置閉環控制，主軸電機的旋轉與攻絲軸（Z軸）進給完全同步，從而實現高速高精度攻絲。
（2）複合加工循環
複合加工循環可用簡單指令生成一系列的切削路徑。比如定義了工件的最終輪廓，可以自動生成多次粗車的刀具路徑，簡化了車床編程。
（3）圓柱插補
适用于切削圓柱上的槽,能夠按照圓柱表面的展開圖進行編程。
（4）直接尺寸編程
可直接指定諸如直線的傾角、倒角值、轉角半徑值等尺寸，這些尺寸在零件圖上指定，這樣能簡化部件加工程序的編程。
（5）記憶型螺距誤差補償可對絲杠螺距誤差等機械系統中的誤差進行補償，補償數據以參數的形式存儲在CNC的存儲器中。
（6）CNC内裝PMC編程功能
PMC對機床和外部設備進行程序控制
（7）随機存儲模塊
MTB(機床廠)可在CNC上直接改變PMC程序和宏執行器程序。由于使用的是閃存芯片，故無需專用的RAM寫入器或PMC的調試RAM。
2、西門子（SINUMERIK）數控系統簡介
西門子（SINUMERIK）數控系統是德國西門子公司的産品。西門子憑借在數控系統及驅動産品方面的專業思考與深厚積累，不斷制造出機床産品的典範之作，為自動化應用提供了日趨完美的技術支持。SINUMERIK不僅意味着一系列數控産品，其力度在于生産一種适于各種控制領域不同控制需求的數控系統，其構成隻需很少的部件。它具有高度的模塊化、開放性以及規範化的結構，适于操作、編程和監控。主要包括：控制及顯示單元、PLC輸入/輸出單元（PP）、PROFIBUS總線單元、伺服驅動單元、伺服電機等部分。
主要數控系統類型有：
（1）SINUMERIK802S/C系統
SINUMERIK802S/C系統專門為低端數控機床市場而開發的經濟型CNC控制系統。802S/C兩個系統具有同樣的顯示器，操作面闆，數控功能，PLC編程方法等，所不同的隻是SINUMERIK802S帶有步進驅動系統，控制步進電機，可帶3個步進驅動軸及一個±10V模拟伺服主軸；SINUMERIK802C帶有伺服驅動系統,它采用傳統的模拟伺服±10V接口,最多可帶3個伺服驅動軸及一個伺服主軸。
（2）SINUMERIK802D系統
該系統屬于中低檔系統，其特點是：全數字驅動，中文系統，結構簡單(通過PROFIBUS連接系統面闆、I/O模塊和伺服驅動系統)，調試方便。具有免維護性能的SINUMERIK802D核心部件-控制面闆單元（PCU）具有CNC、PLC、人機界面和通訊等功能，集成的PC硬件可使用戶非常容易地将控制系統安裝在機床上。
（3)SINUMERIK840D/810D/840Di系統
840D/810D是幾乎同時推出的，具有非常高的系統一緻性，顯示/操作面闆、機床操作面闆、S7-300PLC、輸入/輸出模塊、PLC編程語言、數控系統操作、工件程序編程、參數設定、診斷、伺服驅動等許多部件均相同。
SINUMERIK810D是840D的CNC和驅動控制集成型，SINUMERIK810D系統沒有驅動接口，SINUMERIK810DNC軟件選件的基本包含了840D的全部功能。
采用PROFIBUS-DP現場總線結構西門子840Di系統，全PC集成的SINUMERIK840Di數控系統提供了一個基于PC的控制概念。
(4)SINUMERIK840C系統
SINUMERIK840C系統一直雄居世界數控系統水平之首，内裝功能強大的PLC135WB2，可以控制SIMODRIVE611A/D模拟式或數字式交流驅動系統，适合于高複雜度的數控機床。
3、三菱（MITSUBISHI）數控系統簡介
1873年，三菱造船廠更名為三菱商會。三菱開始涉足采礦、造船、銀行、保險、倉儲和貿易。随後，又經營紙、鋼鐵、玻璃、電氣設備、飛機、石油和房地産。現在，三菱建立了一系列的企業，在日本工業現代化的過程中扮演着舉足輕重的角色。三菱電機自動化一直緻力于為客戶在工業自動化、電力控制及其他相關業務上提供專業産品設備和解決方案，産品被廣泛應用于機械、冶金、電力等多個領域。
三菱數控系統的技術特點
(1)M64A/M64SMCNC控制器 标準配備了RISC64位CPU（與M64相比，整體性能提高了1.5倍）；高速高精度機能對應，尤為适合模具加工；内藏對應全世界主要通用的12種多國語言操作界面；可對應内含以太網絡和IC卡界面；内藏波形顯示功能，工件位置坐标及中心點測量功能；緩沖區修正機能擴展：可對應IC卡/計算機鍊接B/DNC/記憶/MDI等模式；簡易式對話程序軟件（使用APLC所開發之Magicpro-NAVIMILL對話程序）；可對應Windows95/98/2000/NT4.0/Me的PLC開發軟件；特殊G代碼和固定循環程序，如G12/13、G34/35/36、G37.1等。
（2)EZMotion-NCE60 内含64位CPU的高性能數控系統，采用控制器與顯示器一體化設計，實現了超小型化；伺服系統采用薄型伺服電機和高分辨率編碼器（131,072脈沖/轉），增量/絕對式對應；由參數選擇車床或銑床的控制軟件，簡化維修與庫存；全部軟件功能為标準配置；标準具備1點模拟輸出接口，用以控制變頻器主軸；可使用三菱電機MELSEC開發軟件GX-Developer，簡化PLC梯形圖的開發；可采用新型2軸一體的伺服驅動器MDS-R系列，減少安裝空間；開發伺服自動調整軟件，節省調試時間及技術支援之人力。
（3）MELDASC6 滿足生産線部件加工要求，提高了可靠性，縮短了故障時間；對應多種三菱FA網絡：MELSECNET/10、以太網和CC-LINK，實現了以10M/100Mbps的速度進行高速、大容量的數據通訊，進一步提高生産線的加工效率；NC内藏PLC機能強化：GX-Developer對應；指令種類充實；多個PLC程序同時運行；運行中PLC程序修改；多系統PLC接口信号配置等；專機用PLC指令擴充：增加了ATC、ROT、TSRH、DDBA、DDBS指令，簡化了PLC程序設計；數控功能強化、多軸、多系統對應。
随着我國綜合國力和科技與經濟水平的不斷進步,各行各業進入了發展的新時代。互聯網技術、信息技術以及計算機技術的發展,促進了數控技術在相關領域的應用。數控技術是數控銑床的一項核心技術。加強數控銑床對數控技術的應用及優化,有助于全面提升我國數控銑床行業及機械加工制造水平,從而為我國新工業的發展奠定基礎。
發展趨勢
1908年，穿孔的金屬薄片互換式數據載體問世；19世紀末，以紙為數據載體并具有輔助功能的控制系統被發明；1938年，香農在美國麻省理工學院進行了數據快速運算和傳輸，奠定了現代計算機，包括計算機數字控制系統的基礎。數控技術是與機床控制密切結合發展起來的。1952年，第一台數控機床問世，成為世界機械工業史上一件劃時代的事件，推動了自動化的發展。
現在，數控技術也叫計算機數控技術，目前它是采用計算機實現數字程序控制的技術。這種技術用計算機按事先存貯的控制程序來執行對設備的控制功能。由于采用計算機替代原先用硬件邏輯電路組成的數控裝置，使輸入數據的存貯、處理、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現，均可通過計算機軟件來完成。
數控技術的應用不但給傳統制造業帶來了革命性的變化，使制造業成為工業化的象征，而且随着數控技術的不斷發展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業（IT、汽車、輕工、醫療等）的發展起着越來越重要的作用，因為這些行業所需裝備的數字化已是現代發展的大趨勢。從目前世界上數控技術及其裝備發展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面。
1、高速、高精加工技術及裝備的新趨勢
效率、質量是先進制造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提高效率，提高産品的質量和檔次，縮短生産周期和提高市場競争能力。為此日本先端技術研究會将其列為5大現代制造技術之一，國際生産工程學會（CIRP）将其确定為21世紀的中心研究方向之一。
在轎車工業領域，年産30萬輛的生産節拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一；在航空和宇航工業領域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，隻有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過衆多的鉚釘、螺釘和其他聯結方式拼裝，使構件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。
2、數控系統向開放式體系結構發展
20世紀90年代以來，由于計算機技術的飛速發展，推動數控技術更快的更新換代。世界上許多數控系統生産廠家利用PC機豐富的軟、硬件資源開發開放式體系結構的新一代數控系統。開放式體系結構使數控系統有更好的通用性、柔性、适應性、可擴展性，并可以較容易的實現智能化、網絡化。近幾年許多國家紛紛研究開發這種系統，如美國科學制造中心(NCMS)與空軍共同領導的“下一代工作站/機床控制器體系結構”NGC，歐共體的“自動化系統中開放式體系結構”OSACA，日本的OSEC計劃等。開放式體系結構可以大量采用通用微機技術，使編程、操作以及技術升級和更新變得更加簡單快捷。開放式體系結構的新一代數控系統，其硬件、軟件和總線規範都是對外開放的，數控系統制造商和用戶可以根據這些開放的資源進行的系統集成，同時它也為用戶根據實際需要靈活配置數控系統帶來極大方便，促進了數控系統多檔次、多品種的開發和廣泛應用，開發生産周期大大縮短。同時，這種數控系統可随CPU升級而升級，而結構可以保持不變。
3、數控系統向軟數控方向發展
現在，實際用于工業現場的數控系統主要有以下四種類型，分别代表了數控技術的不同發展階段，對不同類型的數控系統進行分析後發現，數控系統不但從封閉體系結構向開放體系結構發展，而且正在從硬數控向軟數控方向發展的趨勢。
傳統數控系統，如FANUC0系統、MITSUBISHIM50系統、SINUMERIK810M/T/G系統等。這是一種專用的封閉體系結構的數控系統。目前，這類系統還是占領了制造業的大部分市場。但由于開放體系結構數控系統的發展，傳統數控系統的市場正在受到挑戰，已逐漸減小。
“PC嵌入NC”結構的開放式數控系統，如FANUC18i、16i系統、SINUMERIK840D系統、Num1060系統、AB9/360等數控系統。這是一些數控系統制造商将多年來積累的數控軟件技術和當今計算機豐富的軟件資源相結合開發的産品。它具有一定的開放性，但由于它的NC部分仍然是傳統的數控系統，用戶無法介入數控系統的核心。這類系統結構複雜、功能強大，價格昂貴。
“NC嵌入PC”結構的開放式數控系統 它由開放體系結構運動控制卡和PC機共同構成。這種運動控制卡通常選用高速DSP作為CPU，具有很強的運動控制和PLC控制能力。它本身就是一個數控系統，可以單獨使用。它開放的函數庫供用戶在WINDOWS平台下自行開發構造所需的控制系統。因而這種開放結構運動控制卡被廣泛應用于制造業自動化控制各個領域。如美國DeltaTau公司用PMAC多軸運動控制卡構造的PMAC-NC數控系統、日本MAZAK公司用三菱電機的MELDASMAGIC64構造的MAZATROL640CNC等。
SOFT型開放式數控系統 這是一種最新開放體系結構的數控系統。它提供給用戶最大的選擇和靈活性，它的CNC軟件全部裝在計算機中，而硬件部分僅是計算機與伺服驅動和外部I/O之間的标準化通用接口。就像計算機中可以安裝各種品牌的聲卡和相應的驅動程序一樣。用戶可以在WINDOWSNT平台上，利用開放的CNC内核，開發所需的各種功能，構成各種類型的高性能數控系統，與前幾種數控系統相比，SOFT型開放式數控系統具有最高的性能價格比，因而最有生命力。通過軟件智能替代複雜的硬件，正在成為當代數控系統發展的重要趨勢。其典型産品有美國MDSI公司的OpenCNC、德國PowerAutomation公司的PA8000NT等。
4、數控系統控制性能向智能化方向發展
智能化是21世紀制造技術發展的一個大方向。随着人工智能在計算機領域的滲透和發展，數控系統引入了自适應控制、模糊系統和神經網絡的控制機理，不但具有自動編程、前饋控制、模糊控制、學習控制、自适應控制、工藝參數自動生成、三維刀具補償、運動參數動态補償等功能，而且人機界面極為友好，并具有故障診斷專家系統使自診斷和故障監控功能更趨完善。伺服系統智能化的主軸交流驅動和智能化進給伺服裝置，能自動識别負載并自動優化調整參數。
世界上正在進行研究的智能化切削加工系統很多，其中日本智能化數控裝置研究會針對鑽削的智能加工方案具有代表性。
5、數控系統向網絡化方向發展
數控系統的網絡化，主要指數控系統與外部的其它控制系統或上位計算機進行網絡連接和網絡控制。數控系統一般首先面向生産現場和企業内部的局域網，然後再經由因特網通向企業外部，這就是所謂Internet/Intranet技術。
随着網絡技術的成熟和發展，最近業界又提出了數字制造的概念。數字制造，又稱“e-制造”，是機械制造企業現代化的标志之一，也是國際先進機床制造商當今标準配置的供貨方式。随着信息化技術的大量采用，越來越多的國内用戶在進口數控機床時要求具有遠程通訊服務等功能。
數控系統的網絡化進一步促進了柔性自動化制造技術的發展，現代柔性制造系統從點(數控單機、加工中心和數控複合加工機床)、線(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段車間獨立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網絡集成制造系統)的方向發展。柔性自動化技術以易于聯網和集成為目标，同時注重加強單元技術的開拓、完善，數控機床及其構成柔性制造系統能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS聯結，向信息集成方向發展，網絡系統向開放、集成和智能化方向發展。
6、數控系統向高可靠性方向發展
随着數控機床網絡化應用的日趨廣泛，數控系統的高可靠性已經成為數控系統制造商追求的目标。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時内連續正常工作，無故障率在P(t)＝99%以上，則數控機床的平均無故障運行時間MTBF就必須大于3000小時。我們隻對某一台數控機床而言，如主機與數控系統的失效率之比為10:1(數控的可靠比主機高一個數量級)。此時數控系統的MTBF就要大于33333.3小時，而其中的數控裝置、主軸及驅動等的MTBF就必須大于10萬小時。如果對整條生産線而言，可靠性要求還要更高。
當前國外數控裝置的MTBF值已達6000小時以上，驅動裝置達30000小時以上，但是，可以看到距理想的目标還有差距。
7、數控系統向複合化方向發展
在零件加工過程中有大量的無用時間消耗在工件搬運、上下料、安裝調整、換刀和主軸的升、降速上，為了盡可能降低這些無用時間，人們希望将不同的加工功能整合在同一台機床上，因此，複合功能的機床成為近年來發展很快的機種。
柔性制造範疇的機床複合加工概念是指将工件一次裝夾後，機床便能按照數控加工程序，自動進行同一類工藝方法或不同類工藝方法的多工序加工，以完成一個複雜形狀零件的主要乃至全部車、銑、鑽、镗、磨、攻絲、鉸孔和擴孔等多種加工工序。
普通的數控系統軟件針對不同類型的機床使用不同的軟件版本，比如Siemens的810M系統和802D系統就有車床版本和銑床版本之分。複合化的要求促使數控系統功能的整合。目前，主流的數控系統開發商都能提供高性能的複合機床數控系統。
8、數控系統向多軸聯動化方向發展
由于在加工自由曲面時，3軸聯動控制的機床無法避免切速接近于零的球頭銑刀端部參予切削，進而對工件的加工質量造成破壞性影響，而5軸聯動控制對球頭銑刀的數控編程比較簡單，并且能使球頭銑刀在銑削3維曲面的過程中始終保持合理的切速，從而顯着改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，因此，各大系統開發商不遺餘力地開發5軸、6軸聯動數控系統，随着5軸聯動數控系統和編程軟件的成熟和日益普及，5軸聯動控制的加工中心和數控銑床已經成為當前的一個開發熱點。
最近，國外主要的系統開發商在6軸聯動控制系統的研究上已經取得和很大進展，在6軸聯動加工中心上可以使用非旋轉刀具加工任意形狀的三維曲面，且切深可以很薄，但加工效率太低一時尚難實用化。
電子技術、信息技術、網絡技術、模糊控制技術的發展使新一代數控系統技術水平大大提高，促進了數控機床産業的蓬勃發展，也促進了現代制造技術的快速發展。數控機床性能在高速度、高精度、高可靠性和複合化、網絡化、智能化、柔性化、綠色化方面取得了長足的進步。現代制造業正在迎來一場新的技術革命。
