数控机床的技术发展按其特征可分为如下四个阶段：
（1）机电一体化（20世纪60～70年代）
进入20世纪60年代中期，由于计算机元件的集成度大幅提高以及美国、联邦德国对刀具自动控制程序系统软件（APT）研制成功，出现了具有高度灵活性的以嵌入式微处理器为基础的计算机数控系统（CNC)。从而使数控机床在经历了由20世纪50年代至60年代初的萌芽初创阶段后，在60～70年代进入了机电一体化（Machatronics）的技术发展阶段，其主要特征包括两个方面：一是产品的机械、动力、控制等功能充分应用电子技术和计算机技术；二是产品的机、电硬件与软件协同集成有机地结合成一体。
（2）信息集成自动化（2 0世纪7 0～9 0年代）
这是以适应多品种中小批量混流生产为目标的柔性加工系统，它是通过管理平台的信息集成，优化调度适时安排技术准备，使数控机床的利用率由通常的80%以下提高到95%左右。
常见的信息集成自动化的柔性加工系统有：柔性制造系统（FMS)、柔性制造单元（FMC）以及在制造执行系统（MES）管理下无自动化物流输送的分布式数控机床单元（DNC）等。
（3）高效柔性化（20世纪90年代～21世纪初）
这主要用于解决汽车制造等行业在变品种、大批量生产条件下高生产率的问题。它通过提高机床运行速度和加速度、缩短刀具换刀时间、改善机床抗震能力、应用误差补偿和高速切削等技术，使由数控机床组成的柔性生产线（FML）能达到可与组合机床比拟的高生产率和更稳定的加工精度。也可以登录金属加工在线查看更多的技术文章。
（4）复合可重构化（21世纪初期起）
复合机床可进一步发挥数控机床加工工艺集中的优点，它可以在一台机床上完成或几乎完成零件的全部加工，大大减少了制品在机床间传送停留的时间，并可减少工件安装的误差，尤其对于工序多、型面复杂零件，采用复合机床是提高效率和精度的有效措施。但是复合机床也存在着成本较高的问题。为此，需要发展具有机电一体化功能的模块，根据加工对象合理重构，用于避免复合机床出现功能冗余和成本过高的问题。