温控技术论文范文

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1引言

随着CPU集成度和运行速度的不断提高，其功耗也越来越大，导致CPU的运行温度越来越高，并成为CPU技术发展的瓶颈。CPU的温升不仅影响CPU技术的进一步快速发展，而且直接影响CPU的稳定性和使用寿命。如何抑制CPU的温升和迅速降低CPU的温度成为CPU设计和使用的一个重点。

CPU设计者主要从体系结构设计、集成电路半导体材料选择、CPU内功能电路布局、CPU几何尺寸等方面把握CPU的理论功耗和表面散热途径。CPU在完成设计并成为产品以后，在使用的过程中，它的实际功耗和散热效率会因不同的使用环境而有所不同。CPU的使用环境包括周围温度、气压、通风、供电电压、时钟频率、散热措施、负荷特点等。本文重点讨论各种温控技术，并且给出解决降温的各种措施。

2影响CPU温升的因素

CPU的温升取决于两大方面，一个方面是CPU工作不断产生的热量累积；另一个方面是对CPU产生的热量的导散。热量增加和散热不畅都会导致CPU的温度上升，并造成对CPU的损伤。

CPU的热量来源于它的功耗，根据CPU功耗与供电电压和工作频率的关系可以看到供电电压和工作频率是影响CPU温升的两个重要因素。

CMOS电路CPU的动态功耗为P=CV2f，其中C表示电路负载大小，V表示供电电压，f为工作频率。可见工作频率f与芯片的动态功耗成线性正比例关系，供电电压V的平方与芯片的动态功耗成线性正比例关系，对于一颗CPU来说，电压越高，时钟频率越快，则功率消耗越大。因此，在能够满足功能正常的前提下，尽可能选择低电压工作的CPU能够在总体功耗方面得到较好的效果。对于已经选定的CPU来讲，降低供电电压和工作频率，也是一条节省功率的可行之路。

3CPU的温控技术[1][4][5]

3.1外部温度监控技术

对CPU温度监控通过“外部监测”措施—即通过主板CPU插座下面的热敏电阻来监测CPU工作时的温度。CPU插座内采用立式或贴片式的热敏电阻。整个监测过程全部是由主板来负责，热敏电阻直接将所监测到的数据传给主板上的温控电路，如果监测到CPU的工作温度超过在BIOS中的预设值时就会自动断电关机或报警。采用此种方式的优点是体积小、价格低，使用方便，不过在监控处理器温度时明显存在缺陷，比如用此类监测方式得到的温度往往是CPU底面的温度，而不是内核温度，温度读数是由监控芯片根据温敏电阻的阻值变化计算得出，而且此类接触式测试受外部环境影响较大。如果热敏电阻与微处理器接触不够紧密，微处理器的热量不能有效地传送到，所测量温度会有很大误差。有些主板上采用SMD贴片热敏电阻去测量微处理器温度，其测量误差比直立式热敏电阻误差更大，因为这种贴片元件很难紧密接触到微处理器。故此类CPU温控结果误差性极大、反应不灵敏，所得结果仅仅只供参考。这就带来了一个十分严重的问题∶表面温度不能及时反映微处理器核心温度变化，从而形成一个时间滞后的问题。因为核心温度变化之后要经过一段时间才能传送到微处理器表面。相比之下，表面温度反应十分迟钝，其升温速度远不及核心温度，当核心温度发生急剧变化时，表面温度只有“小幅上扬”。Pentium4和AthlonXP等最新的微处理器，其核心温度变化速度达30～50℃/s，核心温度的变化速度越快，测量温度的延迟误差也越大。在这种背景之下，如果再以表面温度作为控制目标，保护电路尚未做出反应，微处理器可能早已烧坏。因此曾提出“TemperatureOffsetCorrection”(温度偏差修正)的CPU内核心温度监测温度修正方案来纠正此种CPU温控所带来的偏差。所谓“温度偏差修正”就是指当系统采用外部测量法时，必须在测量结果的基础上增加一个温度偏差值：即BIOS中显示的温度值=实际测试值+温度偏差值。这个偏差值由主板热敏电阻、临界温度等因素来决定，当系统设定以后它就是一个常量(通过刷新BIOS可以改变这个值)。这些措施在一定程度上可以减小误差值。但是，问题仍不能得到根本性解决，比如对于突发事件(如风扇脱落)所带来的温度急剧提升完全不能及时做出反应。为此我们考虑采用内部温控技术。

3.2内部温控技术

针对外部温度监控技术的不足，CPU厂商在CPU内核里面加入了一个专门用于监测CPU温度的热敏二极管，将CPU温度来引了“内部温控”时代。在这里整个处理器温度监控系统可分为外部控制型和内部控制型两种基本结构。外部控制型监控系统，其实就是主板的温度监控电路，它有三种基本存在形式∶一种是采用独立的控制芯片，，这些芯片除了处理温度信号，同时还能处理电压和转速信号；第二种形式是在BIOS芯片中集成了温度控制功能；第三种形式是南桥芯片中集成温度控制功能，目前新一代南桥芯片都有温度监控功能。而内部控制型监控系统则是指CPU内核心中整合的热敏二极管，这个热敏二极管的正负两极作为CPU两个针脚直接来通过主板CPU插座和主板的温度监控电路相连。在整个监控过程中，当CPU工作时，热敏二极管就将感应到的数据变化传输给主板的温控电路，由主板的一个特定逻辑运算电路通过所接收到的数据计算出CPU的内核温度，如果计算出来的温度高于预设温度警戒线时，系统就会自动在瞬间切断CPU核心电压，使CPU停止工作并让系统挂起来，从而可以很好地保护CPU不被烧毁。P2、P3及AthlonXP处理器都是采用了此种技术。这种方法反馈回来的温度并不是很准确，往往要比CPU核心温度低5度左右。为防止它的处理器过热烧毁推出了S2K总线断开技术：即当处理器内核温度过高时，系统会发出一个HALT指令(HALT改指令的意思是在没有要处理的指令和数据时将处理器挂起)，当CPU接收到HALT指令时，处理器会转到相应的等待模式，这种模式只需要消耗较小的功率。

通过在CPU内核整合热敏二极管来控温已经是一种能很准确监控CPU核心温度的方法了，而且配合主板的温控电路就能即时保护过热的CPU，使其不至于在风扇突然停转或意外脱落时CPU被烧掉。但此类内部温控技术存在一个弊端，那就是在CPU温度过高时通过直接关闭电脑来达到保护的目的，这样会导致数据因为未能及时保存而丢失，忽略了数据的价值往往要比一个CPU的价值要高的可能性。而且热量不稳定可能导致系统不稳定，如果电脑死机或程序进入死循环，就会失去监控作用，也就无法保护微处理器了。

3.3热量控制电路

为弥补第一代内部温度监控技术的不足，Intel在Northwood核心P4中引入了第2代内部温度监控技术—热量控制电路(ThermalControlCircuit，英特尔又将它命名为热量监视器(ThermalMonitoring))。P3、AthlonXP的温控电路的特点是内部仅拥有一个热敏二极管不同，而Northwood核心P4的热量控制电路拥有两套热敏二极管。其中一套热敏二极管侦测CPU的温度值并传输给主板上的硬件监控系统，这套装置像传统的内部温控技术一样通过关闭系统来保护CPU，不过只是在紧急情况才会自动关闭。第二套热敏二极管放置在CPU内核温度最高的部位，几乎触及ALU单元，并作为热量控制电路的一个组成部分。在CPU工作中，这两套热敏二极管的电阻会因温度而变化，因此通过它的电流也会随着CPU的核心温度而变化，通过与内设参考电流的比较，系统能够判断当前电流是否达到了临界点。如果CPU最热的地方超过一定值，第二套热量温控装置会发送一个PROCHOT#信号使热量控制电路系统开始工作，通过减小CPU的负载来降温，其实这套热敏二极管起到波动调节作用。Pentium4的热量控制机制并非是减少时钟频率，而是减少其输出的有效工作频率。当温度正常的时候，ALUs(算术逻辑运算器)将会接受到一定的频率。但当主板检测到CPU的核心温度达到一个特定的临界值时，热量控制电路就开始发送PROCHOT#信号，将空置的时钟周期插入到正常的时钟周期内，发送到CPU的调节信号如图1所示。

图1发送到CPU的调节信号

PROCHOT#激活的无效周期会将某些正常时钟周期省略掉，使得最终发送给CPU逻辑运算单元的信号频率就会有所降低，从而通过降低CPU的工作效能来达到降温的目的。随着温度的降低，热量控制电路将会开始减少空时钟周期的数量以使CPU返回它原来的工作模式。只要CPU核心温度比临界值低1度时，热量监视器就会停止发送过热信号。热量控制单元就会停止产生空的时钟周期，CPU的性能也就恢复到正常值，过热保护系统被激活只需十几亿分之一秒，我们还可以在Pentium4主板的BIOS中选择超警戒温度来进行控制。当处理器的任务周期(dutycycle)占全部周期的比例越大说明处理器的工作效率越高，其可以调节的比例在12.5%到87.5%之间，选择的数值越小，则任务周期的比例越小，效率降幅反而越大，我们还可以利用PROCHOT#引脚功能保护主板的其它元件。当供电模块的温度超出警戒温度时，监控电路输出低电平到PROCHOT#，从而激活TCC，通过降低微处理器功耗来达到保护供电模块及主板其它元件的目的。

4抑制CPU温升的措施

4.1风冷散热系统

风冷散热系统由散热片和风扇构成，判断散热片的好坏的重要依据是表面积的大小，采用众多的鳍片来提高散热效果。散热片的内部和边缘需要设置合理的导风通道，散热片的切割面要磨光，以使其能与CPU表面完全结合。滚珠轴承的寿命、噪音、发热量远较含油轴承好。工作电压为12v，耗电量在十瓦之内。不少人认为风扇转速越高，那么在同一时间内，从CPU上带走的热量就越多，这样CPU就越容易冷却，事实并不是如此。如果风扇的转速超过其标准值，那么风扇在长时间超负荷情况下运行时，从CPU上带走的热量就比在高速转动过程中产生的热量小，这样时间运行得越长，热量差也就越大，高速运转的风扇不但不能起到良好的冷却效果，反而使CPU温度大幅提升；况且，散热风扇的转速越高，可能在运转过程中产生的噪音就越大，严重的话可能让风扇或者CPU报废；另外，要想让风扇高速运转，还必须有较大的功率来提供动力源，而高动力源是从主板和电源中的高功率中获得的，主板和电源在超负荷功率下就会经常引起系统的不稳定。所以，风扇转速越高冷却效果越好的说法是不成立的。从理论上分析，风扇功率越大散热效果应该越好，但这样的理论成立是在一定的前提之下的，也就是说在风扇的运行功率不超过额定运行功率的条件下，功率越大的风扇通常它的风力也越强劲，散热的效果也越好。而风扇的功率与风扇的转速又是直接联系在一起的，也就是说风扇的转速越高，风扇也就越强劲有力。不能片面地强调高功率，这需要同计算机本身的功率相匹配，如果功率过大，不但不能起到很好的冷却效果，反而可能会加重计算机的工作负荷，从而会产生恶循环，最终缩短了CPU风扇的寿命。因此，用户在选择CPU风扇时，不能错误认为风扇功率大其散热效果肯定会好，而应该根据够用原则来选择与自己电脑相匹配的风扇。并且在选择好风扇之后能够根据实际情况选择合适的机箱，从而更好地降低CPU的温度。

4.2半导体散热系统

半导体制冷器由许多N型和P型半导体材料排列组成，N、P之间是铜、铝等金属材料，外面是绝缘和导热良好的陶瓷片。通电后，电子由负极出发，经P型半导体吸收热量，至N型半导体放出热量。冷端接到CPU，热端接到散热片，由风扇将热量排出。这种散热系统消耗功率为10w至50w，增加了微机电源负担，本身产生大量热，容易造成半导体散热片的高温烧毁，低温一面容易产生露。

4.3液氮散热系统

液氮散热系统的工作原理是将主板、CPU等部件密封于一个空间里并抽成真空，CPU被内部充满液态氮的玻璃容器密封。进行类似水冷的循环散热。，它的特点是冷却能力强，但制造工艺复杂，容易结霜产生露水。

4.4软件降温

软件降温利用了CPU“空闲挂起”指令进行工作，从而实现了CPU的降温及功耗的降低。“空闲挂起”就是指在一段时间内没有接收到指令，CPU自动进入低耗能的休眠状态，降温软件缩短了CPU进入休眠状态的等候时间，从而减少了热量的产生。降温软件占用约1%至3%的系统资源，使CPU下降3至10℃。但是当CPU进行实时多任务的工作时，CPU能够得到“空闲挂起”的机会不大，这种情况下，软件降温的作用便失去了。

5结论

本文从CPU升温的因素说起，接着详细地介绍了当前几种主要的CPU温控技术，并分析每种温控技术的优缺点，接着介绍了当前的几种主要的CPU降温措施。

参考文献

[1]C.M.Krishna，Yann-HangLee.Voltage-Clock-ScalingAdaptiveSchedulingTechniquesforLowPowerinHardReal-TimeSystems.IEEETRANSACTIONSONCOMPUTERS，VOL.52，NO.12，DECEMBER2003

[2]Jung-HiMin，HojungChaandVasonP.Srim.AnEfficientPowerManagementMechanismforWiFi-basedHandheldSystems.WirelessCommunications，NetworkingandMobileComputing，2006.WiCOM2006.InternationalConferenceon

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目前，我国机械制造领域逐步实现了由以往机械制造向着现代化、自动化以及智能化的机械制造加工不断转变。在实施机械制造精细化、复杂化处理加工以及高危险性生产过程中，均能够完成机械设施应用控制的全面自动化。由于机械自动化手段技术可符合该类施工应用设备仪器的精密性标准，因此可确保施工操作处理人员的人身安全，保护国家财产完整性，实现国有资产的保值增值，使机械生产加工效率全面提升，并可令机械生产的大规模化以及大批量性变成可能。其在一定层面上使以往传统机械生产加工模式的缺陷有效的得到弥补。

2、机械数控技术实践应用

2、1机械数控技术在机械制造领域中的实践应用

随着现代信息技术、计算机系统的广泛普及，进一步为机械数控技术的快速发展以及广泛应用提供了深层次运作的空间。机械制造领域之中的数控技术更是受到了大众的全面重视。该环境下，机械数控铣床、钻床技术、数控磨床与切割机床手段得到了快速发展。再者，机械数控冲床与弯管机在各领域中也实现了广泛的应用。车削中心与数控板材加工处理中心则有了一定程度的提升。以上机械设施处理加工技术手段加快了CAD技术的更新发展步伐，令其向着工程化的方向不断发展。加之微电子技术的有效渗透与合理应用，使得机械数控综合技术水平迅猛提升，渐渐完成了机械数控机床加工体系刀具的高效自动化转换，并实现了工件的全面更新。机械制造领域之中，较多数控机床生产车间均引入了托盘站，令机械制造以及柔性化生产单元的应用发展变成可能。在该基础之上则完成了自动化的操控数控机床系统目标，使得传动带实现了高效的自动化控制，并引入了工业机器人完成自动化管理。上述单元共同组成了现代化机械制造管理系统，并创建形成了相应的柔性数控系统制造生产线。伴随自动化手段以及现代化网络技术的广泛应用，渐渐构成了集成化的机械数控技术系统，并令机械制造发展整体向着更优质、更健康的方向跨越式提升。

2、2机械数控技术在工业以及煤矿领域的实践应用

纵观当前形势我们明确，在工业化生产建设的阶段中，通常采用的机械数控手段会互相协作施工，而在食品加工较多生产线之中以及印刷造纸过程中，应用机械数控手段更加丰富。在危险性较高的生产环境之下以及施工条件相对复杂的环境下，机械数控技术的应用极为常见。通过机械数控手段可令基本的工业建设生产条件更加健全完善、快速更新。在该基础之上，则可为具体生产部门工作人员创建安全有力的保障，令工业生产机械化水平、产业化程度全面提升。另外，机械数控技术的有效应用在确保生产加工质量上也颇有贡献。可有效的减少企业劳动生产综合强度，进而实现适中任务量的人性化管理目标。再者，应用机械技术还可缩短生产时间，保质保量的完成任务。针对实际加工生产来讲，机械数控技术可借助计算机系统实现对较多工业生产体系的自动化管控，进而令整体工业生产环节均按照原本的流程开展。可应用具体的传感器装置检测体系做常规性的验证。在发掘系统出现错误、运行操作包含缺陷之时，则应就不同状况进行调节以实现相对稳定的目标。

2、3机械数控技术在汽车工业领域的实践应用

有效的引入机械数控手段可使汽车工业生产、加工零部件工序紧凑，提升工作效率。在一定层面可为汽车产业赢取市场竞争主动发挥重要影响作用。特别是高效快速的机械数控机床的丰富应用，令现代化汽车生产线成功组建，体现了快速高效的生产加工特征。另外，机械数控技术手段的应用还令汽车产业持续的扩充生产规模，各类复杂汽车零件的加工生产更新了以往传统单一的加工操作模式，令目前的机械数控技术手段向着更加规范高效的方向发展。

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二、数控技术发展趋势

（一）性能发展方向

（1）高速高精高效化。速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。（2）柔性化。包含两方面：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，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；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。（3）工艺复合性和多轴化。以减少工序、辅助时间为主要目的的一种复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。（4）实时智能化。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为

（二）功能发展方向

（1）用户界面图形化。用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以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。（2）科学计算可视化。科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，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。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。（3）多媒体技术应用。多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。

（三）体系结构的发展

（1）集成化。采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可*性。（2）模块化。硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。（3）网络化。机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、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。（4）通用型开放式闭环控制模式。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。

三、智能化新一代PCNC数控系统

当前开发研究适应于复杂制造过程的、具有闭环控制体系结构的、智能化新一代PCNC数控系统已成为可能。智能化新一代PCNC数控系统将计算机智能技术、网络技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，形成严密的制造过程闭环控制体系。

职称中心

参考文献：

[1]电动机降压起动器的选择与分析，凌浩，2000.12vol.20P66.

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机床向高速化方向发展，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。

20世纪90年代以来，欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床，加快机床高速化发展步伐。高速主轴单元(电主轴，转速15000－100000r/min)、高速且高加/减速度的进给运动部件(快移速度60~120m/min，切削进给速度高达60m/min)、高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破，达到了新的技术水平

。随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料和磨料磨具，大功率高速电主轴、高加/减速度直线电机驱动进给部件以及高性能控制系统(含监控系统)和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决，为开发应用新一代高速数控机床提供了技术基础。

目前，在超高速加工中，车削和铣削的切削速度已达到5000~8000m/min以上；主轴转数在30000转/分(有的高达10万r/min)以上；工作台的移动速度(进给速度)：在分辨率为1微米时，在100m/min(有的到200m/min)以上，在分辨率为0.1微米时，在24m/min以上；自动换刀速度在1秒以内；小线段插补进给速度达到12m/min。

2、高精度

从精密加工发展到超精密加工，是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级(<10nm)，其应用范围日趋广泛。

当前，在机械加工高精度的要求下，普通级数控机床的加工精度已由±10μm提高到±5μm；精密级加工中心的加工精度则从±3~5μm，提高到±1~1.5μm，甚至更高；超精密加工精度进入纳米级(0.001微米)，主轴回转精度要求达到0.01~0.05微米，加工圆度为0.1微米，加工表面粗糙度Ra=0.003微米等。这些机床一般都采用矢量控制的变频驱动电主轴(电机与主轴一体化)，主轴径向跳动小于2µm，轴向窜动小于1µm，轴系不平衡度达到G0.4级。

高速高精加工机床的进给驱动，主要有“回转伺服电机加精密高速滚珠丝杠”和“直线电机直接驱动”两种类型。此外，新兴的并联机床也易于实现高速进给。

滚珠丝杠由于工艺成熟，应用广泛，不仅精度能达到较高(ISO34081级)，而且实现高速化的成本也相对较低，所以迄今仍为许多高速加工机床所采用。当前使用滚珠丝杠驱动的高速加工机床最大移动速度90m/min，加速度1.5g。

滚珠丝杠属机械传动，在传动过程中不可避免存在弹性变形、摩擦和反向间隙，相应地造成运动滞后和其它非线性误差，为了排除这些误差对加工精度的影响，1993年开始在机床上应用直线电机直接驱动，由于是没有中间环节的“零传动”，不仅运动惯量小、系统刚度大、响应快，可以达到很高的速度和加速度，而且其行程长度理论上不受限制，定位精度在高精度位置反馈系统的作用下也易达到较高水平，是高速高精加工机床特别是中、大型机床较理想的驱动方式。目前使用直线电机的高速高精加工机床最大快移速度已达208m/min，加速度2g，并且还有发展余地。

3、高可靠性

随着数控机床网络化应用的发展，数控机床的高可靠性已经成为数控系统制造商和数控机床制造商追求的目标。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在16小时内连续正常工作，无故障率在P(t)＝99%以上，则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小时。我们只对一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为10:1(数控的可靠比主机高一个数量级)。此时数控系统的MTBF就要大于33333.3小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于10万小时。

当前国外数控装置的MTBF值已达6000小时以上，驱动装置达30000小时以上，但是，可以看到距理想的目标还有差距。

4、复合化

在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上，为了尽可能降低这些无用时间，人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上，因此，复合功能的机床成为近年来发展很快的机种。

柔性制造范畴的机床复合加工概念是指将工件一次装夹后，机床便能按照数控加工程序，自动进行同一类工艺方法或不同类工艺方法的多工序加工，以完成一个复杂形状零件的主要乃至全部车、铣、钻、镗、磨、攻丝、铰孔和扩孔等多种加工工序。就棱体类零件而言，加工中心便是最典型的进行同一类工艺方法多工序复合加工的机床。事实证明，机床复合加工能提高加工精度和加工效率，节省占地面积特别是能缩短零件的加工周期。

5、多轴化

随着5轴联动数控系统和编程软件的普及，5轴联动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点，由于在加工自由曲面时，5轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在铣削3维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显着改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，而在3轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参予切削，因此，5轴联动机床以其无可替代的性能优势已经成为各大机床厂家积极开发和竞争的焦点。

最近，国外还在研究6轴联动控制使用非旋转刀具的加工中心，虽然其加工形状不受限制且切深可以很薄，但加工效率太低一时尚难实用化。

6、智能化

智能化是21世纪制造技术发展的一个大方向。智能加工是一种基于神经网络控制、模糊控制、数字化网络技术和理论的加工，它是要在加工过程中模拟人类专家的智能活动，以解决加工过程许多不确定性的、要由人工干预才能解决的问题。智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：

为追求加工效率和加工质量的智能化，如自适应控制，工艺参数自动生成；

为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；

简化编程、简化操作的智能化，如智能化的自动编程，智能化的人机界面等；

智能诊断、智能监控，方便系统的诊断及维修等。

世界上正在进行研究的智能化切削加工系统很多，其中日本智能化数控装置研究会针对钻削的智能加工方案具有代表性。

7、网络化

数控机床的网络化，主要指机床通过所配装的数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。数控机床一般首先面向生产现场和企业内部的局域网，然后再经由因特网通向企业外部，这就是所谓Internet/Intranet技术。

随着网络技术的成熟和发展，最近业界又提出了数字制造的概念。数字制造，又称“e-制造”，是机械制造企业现代化的标志之一，也是国际先进机床制造商当今标准配置的供货方式。随着信息化技术的大量采用，越来越多的国内用户在进口数控机床时要求具有远程通讯服务等功能。机械制造企业在普遍采用CAD/CAM的基础上，越加广泛地使用数控加工设备。数控应用软件日趋丰富和具有“人性化”。虚拟设计、虚拟制造等高端技术也越来越多地为工程技术人员所追求。通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为当代机床发展的重要趋势。在数字制造的目标下，通过流程再造和信息化改造，ERP等一批先进企业管理软件已经脱颖而出，为企业创造出更高的经济效益。

8、柔性化

数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标；注重加强单元技术的开拓、完善；CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向发展；数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP、MTS联结，向信息集成方向发展；网络系统向开放、集成和智能化方向发展。