Les machines-outils spécialisées emploient généralement des méthodes d'usinage simultanées multi-axes, multi-outils, multi-processus, multi-faces ou multi-stations, permettant d'obtenir une efficacité de production plusieurs à des dizaines de fois supérieure à celle des machines-outils à usage général-. Les composants à usage général-étant standardisés et sérialisés, ils peuvent être configurés de manière flexible en fonction des besoins, raccourcissant ainsi les cycles de conception et de fabrication. Par conséquent, les machines-outils spécialisées combinent les avantages d’un faible coût et d’un rendement élevé, trouvant une application largement répandue dans la production de masse et étant utilisées pour former des lignes de production automatisées.
Les machines-outils spécialisées sont généralement utilisées pour usiner des pièces en forme de boîte-ou de forme spéciale. Lors de l'usinage, la pièce ne tourne généralement pas ; le mouvement de rotation de l'outil de coupe et le mouvement d'avance relatif entre l'outil et la pièce à usiner sont utilisés pour effectuer le perçage, l'alésage, le fraisage, l'alésage, les plans de fraisage, la coupe de filetages internes et externes et l'usinage de diamètres externes et de faces d'extrémité. Certaines machines-outils combinées utilisent une tête tournante pour maintenir la pièce et la faire tourner, l'outil de coupe effectuant le mouvement d'avance ; cela peut également réaliser l'usinage des diamètres externes et des faces d'extrémité de certaines pièces rotatives (telles que les volants d'inertie et les demi-arbres d'essieu arrière-d'automobiles).
La première machine-outil combinée a été fabriquée aux États-Unis en 1911 pour l'usinage de pièces automobiles. Initialement, chaque fabricant de machines-outils avait ses propres normes pour les composants communs. Pour améliorer l'interchangeabilité des composants communs de différents fabricants et faciliter l'exploitation et la maintenance par les utilisateurs, ce principe définissait strictement les dimensions de connexion entre les composants, mais ne précisait pas les structures des composants.
Les composants courants peuvent être classés en cinq types en fonction de leur fonction : composants de puissance, composants de support, composants de transport, composants de contrôle et composants auxiliaires. Les composants de puissance fournissent le mouvement principal et le mouvement d'avance de la machine-outil modulaire. Ceux-ci incluent principalement l’unité motrice, la tête de coupe et le coulisseau motorisé.
Les composants de support sont utilisés pour monter le chariot motorisé, la tête de coupe avec mécanisme d'alimentation, ou les fixations, etc., et comprennent des bases latérales, des bases intermédiaires, des supports, des supports réglables, des colonnes et des bases de colonnes.
Les composants de transport sont utilisés pour transporter les pièces ou la boîte de broche jusqu'à la station d'usinage et comprennent principalement les tables rotatives à indexation, les tables rotatives à indexation circulaire, les tambours d'indexation et les tables alternatives.
Les composants de contrôle sont utilisés pour contrôler le cycle de travail automatique d'une machine-outil, y compris les stations hydrauliques, les armoires électriques et les panneaux de commande. Les composants auxiliaires comprennent des dispositifs de lubrification, des dispositifs de refroidissement et des dispositifs d'élimination des copeaux.
Pour permettre l'application de machines-outils modulaires dans la production en petits- à moyens-lots de production, la technologie de groupe est souvent utilisée pour traiter des pièces ayant des structures et des processus similaires sur une seule machine-outil modulaire, améliorant ainsi l'utilisation de la machine-outil. Deux types courants de telles machines-outils sont les machines-outils modulaires de type boîte à broche interchangeable et les machines-outils modulaires de type tourelle.
Le développement futur des machines-outils modulaires utilisera de plus en plus de moteurs à régulation de vitesse et de vis à billes pour la transmission afin de simplifier la structure et de raccourcir les cycles de production ; adopter des systèmes de contrôle numérique et des systèmes de changement automatique de boîte de broche et de montage pour améliorer l'ajustabilité du processus ; et les intégrer dans des systèmes de fabrication flexibles.