一提到工(gōng)業，最基礎的就(jiù)是制造。

所謂制(zhì)造就是把各種(zhong)各樣的東西從(cóng)原材料變成零(ling)件再✉️裝‼️配✍️成産(chǎn)品。

在傳統的金(jīn)屬加工領域，零(ling)件的制造就是(shì)火星四濺☎️的鑄(zhù)鍛焊以及硬碰(peng)硬的車銑刨磨(mó)鉗，我們生活中(zhōng)見到的⭕任何一(yi)個稍微有些形(xíng)狀的金屬，在我(wǒ)們見到之前，都(dou)已經在工廠經(jing)曆了多次鐵與(yǔ)火的淬煉。

既然(rán)金屬零件是機(ji)器制造的，那麼(me)機器又是如何(he)制造的呢？原來(lái)，它是通過數控(kong)機床完成的。

（一(yi)）從機床到數控(kòng)機床，機器不再(zài)無腦幹活

機床(chuang)是其他機器的(de)“母機”。

煉鋼廠出(chū)産的鋼鐵并不(bu)是我們在生活(huo)中見到的各種(zhong)奇奇怪怪的形(xíng)狀，而是闆材、管(guan)材、鑄錠等等形(xíng)狀比較規則的(de)⭕材料，這些材料(liao)要加工成各種(zhǒng)形狀的零件就(jiu)需要使用機床(chuang)進行切削；還有(you)一些精度要求(qiú)較高💚和表面粗(cu)糙度要求較細(xì)的零件，就要在(zai)機床上用精細(xì)繁複的工藝切(qiē)出來或者磨出(chū)來。

和所有的機(jī)器一樣，最初的(de)機床包括動力(lì)裝置、傳動🈚裝置(zhi)和執行裝置，靠(kao)電機轉動輸入(rù)動力，通過傳動(dong)裝置帶着被加(jia)工的工🤟件或者(zhe)刀具進行相對(dui)運🌈動，至于在哪(nǎ)兒下刀、切多少(shǎo)、多快速度🌂切等(děng)等問題，則由人(rén)在加工過程中(zhong)直接進行控制(zhi)。

由于傳統機床(chuáng)使用的電機的(de)轉速在工作時(shi)基本上是不變(biàn)的，為了實現不(bu)同的切削速度(du)，傳統的機🈲床設(shè)🧡計了👉極為複雜(zá)的傳動系統。這(zhè)種複雜度的機(jī)🔞械在現今的設(she)計中已經不多(duō)見了。

而随着伺(sì)服電機（伺服電(diàn)機就是可以在(zài)一定範圍内精(jing)确控制電機的(de)位置和轉速的(de)電機）技術的發(fa)☎️展及其在數控(kòng)機床上的應用(yòng)，直接控制電機(ji)的轉速變得方(fang)便快💋捷效率高(gao)，而且基本上🧑🏽‍🤝‍🧑🏻是(shì)無級變速，傳動(dong)系統的結構大(da)大簡化，甚至出(chū)現了很多環節(jie)電機直接連💁接(jie)到執行機構上(shàng)，而省略了傳動(dong)系統。

這種“直接(jie)驅動”的模式是(shì)現在機械設計(jì)領域的一大趨(qu)勢。

結構的簡化(huà)還不夠，要實現(xian)各種各樣的形(xíng)狀的零件的加(jia)工，還㊙️需要讓機(ji)床可以高效、準(zhun)确的控制多台(tai)電機合作完成(cheng)整個加工過程(chéng)。

這就要讓機床(chuang)成為有“腦子”的(de)數控機床了。而(er)這個腦子就是(shì)數控系統，數控(kong)系統的水平高(gao)低決定了數控(kong)機床能幹多複(fu)🐕雜、多精密的活(huó)兒，也決定了這(zhe)台機床和他的(de)操作者的身價(jia)。

（二）數控系(xì)統能幹嘛？處理(li)信息并控制動(dòng)力

數控系統（Numerical Controller System）是(shì)數控機床的大(dà)腦。

對于一般數(shù)控機床而言，往(wang)往包含人機控(kòng)制界面、數💃🏻控系(xì)統、伺♋服驅動裝(zhuang)置、機床、檢測裝(zhuang)置等等，操作人(ren)員在一些計算(suàn)機輔助制造軟(ruan)件的幫助下，将(jiang)加工過程🌈所需(xu)的各種操作（如(ru)主軸變速🏃等步(bu)驟以及工件的(de)形狀尺寸）用零(ling)件程序代碼表(biao)示，并通過人及(ji)控制界面輸入(rù)到數控機床，之(zhī)後由數控系統(tǒng)對這些信息進(jin)行處理和運算(suàn)，并按零件程序(xù)的要求控制伺(si)服電機，實📐現刀(dāo)具與工件的相(xiàng)對運動，以完🐉成(chéng)零件的加工。

數(shu)控系統完成諸(zhu)多信息的存儲(chu)和處理的工作(zuò)，并将✌️信息的處(chu)💋理結果以控制(zhì)信号的形式傳(chuán)給後續的伺服(fú)電☂️機，這些控制(zhi)信🌐号的工作效(xiào)果依賴于兩大(dà)核心☀️技術：一個(gè)是曲🔴線曲面的(de)插補運算，一個(ge)是機床多軸的(de)運動控制。

（三）零(ling)件形狀太“自由(yóu)”？靠插補運算搞(gao)定

如果運動軌(guǐ)迹可以用解析(xi)式表達，則整個(gè)運動就可以分(fèn)解為幾個坐标(biāo)的獨立運動的(de)合成運動，就可(kě)以⭐直接控制電(dian)機生成了。

但是(shi)制造過程中很(hěn)多零件的形狀(zhuang)可以說是十分(fen)“自由”的，既不🔴圓(yuan)、也不方，甚至都(dōu)不知道是什麼(me)形狀，例如汽車(che)、輪船、飛機、模具(ju)、藝術品等産品(pǐn)常遇到不能用(yong)解析式描述的(de)曲線曲面，這類(lèi)曲線曲面稱為(wei)自由曲線（Free Form Curves）或自(zi)由曲面。

要切出(chū)來這些“自由”的(de)形狀，刀具和工(gong)件之間的相對(duì)運動也相應的(de)十分複雜。具體(tǐ)到操作中，就是(shì)要控制工件台(tái)、刀具都按照設(shè)計好的位置-時(shi)間曲線進行運(yun)動，控制這二者(zhe)在規定的時間(jiān)以指定的姿态(tài)到達指定的位(wèi)置。

機床可以在(zai)工件和刀具之(zhī)間很好地完成(chéng)直線段、圓弧或(huo)其他的有解析(xi)式的樣條曲線(xian)的相對運動，而(ér)這種複👈雜的“自(zì)由”運動又該怎(zěn)麼完成呢？答案(àn)是依靠插補運(yun)算。

所謂插補，就(jiu)是按照一定方(fang)法确定數控機(ji)床上刀具的運(yùn)🔞動軌迹的過程(cheng)。根據給定的速(su)度和軌迹，在軌(gui)迹🔆的已知點🌈之(zhī)間💞，增加一些新(xin)的中間點，并控(kòng)制工件台和刀(dāo)具通過這🧡些中(zhong)間🌍點，進而🌈就能(neng)完成整✍️個運動(dong)。

而這些中間點(dian)之間，則通過線(xiàn)段、圓弧或者樣(yang)條曲線等來連(lián)接。相當于用數(shu)段微小的線段(duàn)和圓弧去👅逼近(jin)要求的曲線和(he)曲面，這就是插(cha)補的本質。

流行(hang)的插補算法包(bao)括逐點比較法(fǎ)、數字增量法等(deng)，而🌂利🏃🏻用Nurbs樣🆚條曲(qǔ)線進行插補因(yin)為其效率高、精(jing)度好而得到了(le)♍高端數控機床(chuáng)✍️的青睐。