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十五世紀的機床雛形，由于制造鐘表和武器的需要，出現了鐘表匠用的螺紋車(chē)床和齒輪加工機床，以及水力驅動(dòng)的炮筒鏜床。1501年左右，意大利人列奧納多·達芬奇曾繪制過(guò)車(chē)床、鏜床、螺紋加工機床和內圓磨床的構想草圖，其中已有曲柄、飛輪、頂尖和軸承等新機構。中國明朝出版的《天工開(kāi)物》中也載有磨床的結構，用腳踏的方法使鐵盤(pán)旋轉，加上沙子和水來(lái)剖切玉石。
工業(yè)革命導致了各種機床的產(chǎn)生和改進(jìn)。十八世紀的工業(yè)革命推動(dòng)了機床的發(fā)展。1774年，英國人威爾金森（全名約翰·威爾金森）發(fā)明了較精密的炮筒鏜床。次年，他用這臺炮筒鏜床鏜出的汽缸，滿(mǎn)足了瓦特蒸汽機的要求。為了鏜制更大的汽缸，他又于1775年制造了一臺水輪驅動(dòng)的汽缸鏜床，促進(jìn)了蒸汽機的發(fā)展。從此，機床開(kāi)始用蒸汽機通過(guò)曲軸驅動(dòng)。
1797年，英國人莫茲利創(chuàng )制成的車(chē)床由絲杠傳動(dòng)刀架，能實(shí)現機動(dòng)進(jìn)給和車(chē)削螺紋，這是機床結構的一次重大變革。莫茲利也因此被稱(chēng)為“英國機床工業(yè)之父”。
19世紀，由于紡織、動(dòng)力、交通運輸機械和軍火生產(chǎn)的推動(dòng)，各種類(lèi)型的機床相繼出現。1817年，英國人羅伯茨創(chuàng )制龍門(mén)刨床；1818年美國人惠特尼（全名伊萊·惠特尼）制成臥式銑床；1876年，美國制成萬(wàn)能外圓磨床；1835和1897年又先后發(fā)明滾齒機和插齒機。
工業(yè)技術(shù)發(fā)展的中心，從十九世紀起就悄悄從英國移向美國。在把英國的技術(shù)聲望奪過(guò)去的人中，惠特尼堪稱(chēng)佼佼者。惠特尼聰穎過(guò)人，具有遠見(jiàn)卓識，他率先研究出了作為大規模生產(chǎn)的可更換部件的系統。至今還很活躍的惠特尼工程公司，早在19世紀四十年代就研制成功了一種轉塔式六角車(chē)床。這種車(chē)床是隨著(zhù)工件制做的復雜化和精細化而問(wèn)世的，在這種車(chē)床中，裝有一個(gè)絞盤(pán)，各種需要的刀具都安裝在絞盤(pán)上，這樣，通過(guò)旋轉固定工具的轉塔，就可以把工具轉到所需的位置上。
隨著(zhù)電動(dòng)機的發(fā)明，機床開(kāi)始先采用電動(dòng)機集中驅動(dòng)，后又廣泛使用單獨電動(dòng)機驅動(dòng)。
二十世紀初，為了加工精度更高的工件、夾具和螺紋加工工具，相繼創(chuàng )制出坐標鏜床和螺紋磨床。同時(shí)為了適應汽車(chē)和軸承等工業(yè)大量生產(chǎn)的需要，又研制出各種自動(dòng)機床、仿形機床、組合機床和自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)。
1900年進(jìn)入精密化時(shí)期。19世紀末到20世紀初，單一的車(chē)床已逐漸演化出了銑床、刨床、磨床、鉆床等等，這些主要機床已經(jīng)基本定型，這樣就為20世紀前期的精密機床和生產(chǎn)機械化和半自動(dòng)化創(chuàng )造了條件。
在20世紀的前20年內，人們主要是圍繞銑床、磨床和流水裝配線(xiàn)展開(kāi)的。由于汽車(chē)、飛機及其發(fā)動(dòng)機生產(chǎn)的要求，在大批加工形狀復雜、高精度及高光潔度的零件時(shí)，迫切需要精密的、自動(dòng)的銑床和磨床。由于多螺旋線(xiàn)刀刃銑刀的問(wèn)世，基本上解決了單刃銑刀所產(chǎn)生的振動(dòng)和光潔度不高而使銑床得不到發(fā)展的困難，使銑床成為加工復雜零件的重要設備。
被世人譽(yù)為“汽車(chē)之父”的福特提出：汽車(chē)應該是“輕巧的、結實(shí)的、可靠的和便宜的”。為了實(shí)現這一目標，必須研制高效率的磨床，為此，美國人諾頓于1900年用金剛砂和剛玉石制成直徑大而寬的砂輪，以及剛度大而牢固的重型磨床。磨床的發(fā)展，使機械制造技術(shù)進(jìn)入了精密化的新階段。
1920年進(jìn)入半自動(dòng)化時(shí)期。在1920年以后的30年中，機械制造技術(shù)進(jìn)入了半自動(dòng)化時(shí)期，液壓和電氣元件在機床和其他機械上逐漸得到了應用。1938年，液壓系統和電磁控制不但促進(jìn)了新型銑床的發(fā)明，而且在龍門(mén)刨床等機床上也推廣使用。30年代以后，行程開(kāi)關(guān)——電磁閥系統幾乎用到各種機床的自動(dòng)控制上了。
1950年進(jìn)入自動(dòng)化時(shí)期。第二次世界大戰以后，由于數控和群控機床和自動(dòng)線(xiàn)的出現，機床的發(fā)展開(kāi)始進(jìn)入了自動(dòng)化時(shí)期。數控機床是在電子計算機發(fā)明之后，運用數字控制原理，將加工程序、要求和更換刀具的操作數碼和文字碼作為信息進(jìn)行存貯，并按其發(fā)出的指令控制機床，按既定的要求進(jìn)行加工的新式機床。
世界第一臺數控機床（銑床）誕生（1951年）。數控機床的方案，是美國的帕森斯（全名約翰·帕森斯）在研制檢查飛機螺旋槳葉剖面輪廓的板葉加工機時(shí)向美國空軍提出的。在麻省理工學(xué)院的參加和協(xié)助下，終于在1949年取得了成功。1951年，他們正式制成了第一臺電子管數控機床樣機，成功地解決了多品種小批量的復雜零件加工的自動(dòng)化問(wèn)題。以后，一方面數控原理從銑床擴展到銑鏜床、鉆床和車(chē)床，另一方面，則從電子管向晶體管、集成電路方向過(guò)渡。1958年，美國研制成能自動(dòng)更換刀具，以進(jìn)行多工序加工的加工中心。
世界第一條數控生產(chǎn)線(xiàn)誕生于1968年。英國的毛林斯機械公司研制成了第一條數控機床組成的自動(dòng)線(xiàn)。不久，美國通用電氣公司提出了“工廠(chǎng)自動(dòng)化的先決條件是零件加工過(guò)程的數控和生產(chǎn)過(guò)程的程控”。于是，到1970年代中期，出現了自動(dòng)化車(chē)間，自動(dòng)化工廠(chǎng)也已開(kāi)始建造。1970年至1974年，由于小型計算機廣泛應用于機床控制，出現了三次技術(shù)突破。第一次是直接數字控制器，使一臺小型電子計算機同時(shí)控制多臺機床，出現了“群控”；第二次是計算機輔助設計，用一支光筆進(jìn)行設計和修改設計及計算程序；第三次是按加工的實(shí)際情況及意外變化反饋并自動(dòng)改變加工用量和切削速度，出現了自適控制系統的機床。
經(jīng)過(guò)100多年的風(fēng)風(fēng)雨雨，機床的家族已日漸成熟，真正成了機械領(lǐng)域的“工作母機”。