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Seit der Frühzeit nutzten Menschen Werkzeuge zur Bearbeitung von Materialien wie Stein und Holz. Schrittweise erfolgte der Einsatz mechanischer Prinzipien zur Verstärkung der Bearbeitungskräfte und -momente sowie zur Realisierung kontinuierlicher Bewegungen. Derartige Maschinenkonzepte mechanischer Bearbeitungsmaschinen finden sich zum Beispiel auch in den Entwürfen von Leonardo Da Vinci. Die Entwicklung mechanischer Bearbeitungsmaschinen schritt nur langsam voran, da sowohl geeignete Materialien zur Konstruktion der Maschinen als auch entsprechende Werkzeuge fehlten.
Mit der Erfindung der Dampfmaschine Anfang des 18. Jahrhunderts wurde die Möglichkeit geschaffen, Maschinen motorisch anzutreiben. In der Folge realisierte der Engländer John Wilkinson 1774 - auf der Grundlage der Erfindung von John Smeaton - eine Zylinderbohrmaschine. Diese gilt als erste Werkzeugmaschine. 20 Jahre später, 1794, baute Henry Maudslay die erste Bettdrehmaschine. Neu war hier auch die Umsetzung der Vorschubbewegung in z-Richtung durch eine Leitspindel. Diese mechanische Automatisierung erhöhte bereits deutlich die Produktivität und Genauigkeit. Der motorische Antrieb hat die Entwicklung von Werkzeugmaschinen beschleunigt. Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts wurden alle Standardwerkzeugmaschinen (Drehmaschinen, Stoßmaschinen, Hobelmaschinen, Bohrmaschinen und Fräsmaschinen) entwickelt.
Den nächsten Entwicklungsschritt stellte die Nutzung des 1889 erfundenen Drehstrommotors als Antrieb dar. Hierdurch konnte die Transmission durch Einzelantriebe an den Maschinen abgelöst werden. Unterschiedliche Spindeldrehzahlen konnten durch Zahnradschaltgetriebe realisiert werden.Ein erster Schritt zur Automatisierung war die Erfindung hydraulischer Nachformeinrichtungen. Mit diesen konnten beliebige Werkstückkonturen automatisch bearbeitet werden. Die Vorschubbewegungen wurden durch Abtasten einer Schablone oder eines Meisterwerkstückes erzeugt. Diese automatische Vorschubsteuerung wurde lange Zeit für die Klein- und Großserienfertigung eingesetzt.