一提到工業，最(zuì)基礎的就是制造(zao)。

所謂制造就是把(ba)各種各樣的東西(xī)從原材料變成零(líng)件再🚶裝🌂配成産品(pǐn)。

在傳統的金屬加(jia)工領域，零件的制(zhi)造就是火星四🏃🏻‍♂️濺(jiàn)的鑄鍛📞焊以及硬(ying)碰硬的車銑刨磨(mo)鉗，我們生活中見(jian)到的任何一個稍(shao)微有些形狀的金(jin)屬，在我們見到之(zhī)前，都已經在工廠(chang)經曆👉了多次鐵與(yu)火的淬煉。

既然金(jīn)屬零件是機器制(zhì)造的，那麼機器又(you)是如何制造的呢(ne)？原來，它是通過數(shu)控機床完成的。

（一(yī)）從機床到數控機(ji)床，機器不再無腦(nǎo)幹活

機床是其他(ta)機器的“母機”。

煉鋼(gāng)廠出産的鋼鐵并(bìng)不是我們在生活(huo)中見到的各種奇(qí)奇怪怪的形狀，而(er)是闆材、管材、鑄錠(dìng)等等形狀比較規(gui)🌏則的材料，這些材(cai)料要加工成各種(zhǒng)形狀的零件♋就需(xu)要使用機床進行(háng)切削；還有一些精(jing)度要求較高和表(biao)面粗糙度要求較(jiào)細的零件，就要在(zài)✍️機床上用精細繁(fan)複的工藝切出來(lái)或者磨出來。

和所(suo)有的機器一樣，最(zuì)初的機床包括動(dong)力裝置、傳動裝置(zhi)🔞和執🌈行裝置，靠電(diàn)機轉動輸入動力(lì)，通過傳動裝🙇‍♀️置帶(dai)🚩着被❗加工的工件(jiàn)或者刀具進行相(xiàng)對運動，至于在哪(nǎ)兒下刀、切多少、多(duō)🔞快速度切等等問(wen)題，則由人在🐅加工(gong)過程🌈中直接進行(háng)控制。

由于傳統機(jī)床使用的電機的(de)轉速在工作時基(jī)本上是不變的，為(wéi)了實現不同的切(qie)削速度，傳統的機(jī)床設計了極為複(fu)雜的傳動系統。這(zhè)種複雜度的機🏒械(xiè)在現今的設計中(zhong)已經不多見了。

而(ér)随着伺服電機（伺(si)服電機就是可以(yi)在一定範圍内👣精(jīng)😍确控制電機的位(wèi)置和轉速的電機(ji)）技術的發展及其(qi)在數控😄機床‼️上的(de)應用，直接控制電(diàn)機的轉🌂速變得方(fang)便快捷效率㊙️高，而(er)且基本上是無級(ji)變速，傳動系統的(de)結構大大簡化，甚(shen)至出現了💋很多環(huán)節😄電機直接連接(jie)到執行機🔆構上，而(ér)省略了傳動系統(tong)。

這種“直接驅動”的(de)模式是現在機械(xie)設計領域的一大(da)趨勢。

結構的簡化(huà)還不夠，要實現各(ge)種各樣的形狀的(de)零件的加工，還需(xū)要讓機床可以高(gao)效、準确的控制多(duō)台電機合作完成(chéng)整個加工過程。

這(zhe)就要讓機床成為(wéi)有“腦子”的數控機(jī)床了。而這個腦子(zi)♈就是數控系統，數(shu)控系統的水平高(gao)低決定了數控機(ji)床☔能幹多複雜、多(duo)☁️精密的活兒，也決(jué)定了這🌂台機床和(hé)他的操作者的身(shen)價。

（二）數控系統(tong)能幹嘛？處理信息(xī)并控制動力

數控(kòng)系統（Numerical Controller System）是數控機床(chuang)的大腦。

對于一般(bān)數控機床而言，往(wang)往包含人機控制(zhì)界面、數控系統、伺(sì)🥰服驅動裝置、機床(chuang)、檢測裝置等等，操(cao)作人員在一些計(ji)算機輔助制造軟(ruǎn)件的幫助下，将加(jia)工過程所需的各(ge)種操作（如主軸變(biàn)速等步驟以及工(gong)件的形狀尺寸）用(yong)零件程序代碼表(biǎo)示，并通過人及控(kòng)制界面輸入到數(shù)控機床，之後由🚶數(shu)控系統對🐪這些信(xìn)息進行處理和運(yun)算，并按零件程序(xù)的要求⭐控制伺服(fú)電機，實現刀具💃🏻與(yǔ)工件的相對運動(dong)，以完成😄零件的加(jia)工。

數控系統完成(cheng)諸多信息的存儲(chǔ)和處理的工作，并(bing)将信🧑🏾‍🤝‍🧑🏼息🥰的處理結(jié)果以控制信号的(de)形式傳給後續的(de)伺服電🌈機，這些控(kòng)制信号的工作效(xiao)果依賴于兩大核(he)心📐技術：一個是曲(qu)🏃‍♀️線曲面的插補運(yùn)算，一個是機床多(duō)軸的運動控👨‍❤️‍👨制。

（三(san)）零件形狀太“自由(you)”？靠插補運算搞定(ding)

如果運動軌迹可(ke)以用解析式表達(dá)，則整個運動就📞可(kě)以分解為幾個坐(zuò)标的獨立運動的(de)合成運動，就可以(yǐ)直接控制電機生(sheng)成了。

但是制造過(guò)程中很多零件的(de)形狀可以說是十(shi)分㊙️“自由”的，既不❗圓(yuan)、也不方，甚至都不(bú)知道是什麼形狀(zhuàng)，例如汽車、輪船🧡、飛(fei)機、模具、藝術品等(děng)産品常遇到不能(néng)用解析式描述的(de)曲線曲面，這類曲(qu)🌈線曲面稱為自由(yóu)曲線（Free Form Curves）或自由曲面(mian)。

要切出來這些“自(zì)由”的形狀，刀具和(hé)工件之間的相對(duì)運動也相應的十(shi)分複雜。具體到操(cao)作中，就是要控制(zhì)工件台、刀具都按(àn)照設計好的位置(zhi)-時間曲線進行運(yun)動，控制這二者在(zài)規定的時間💜以指(zhǐ)定的姿👅态到達指(zhǐ)定的位置。

機床可(ke)以在工件和刀具(jù)之間很好地完成(cheng)直線段、圓弧或其(qí)🌈他☎️的有解析式的(de)樣條曲線的相對(duì)運動，而這種複雜(za)的“自由”運動又該(gai)怎麼完成呢？答案(àn)是依靠插補運算(suàn)。

所謂插補，就是按(an)照一定方法确定(ding)數控機床上刀具(jù)的運動軌迹的過(guo)程。根據給定的速(su)度和軌迹，在軌迹(jì)的已⭐知點之間，增(zēng)加一些新的中間(jian)點，并控制工件台(tai)和刀具通過這些(xie)中間點，進而就能(neng)完成整個運動。

而(ér)這些中間點之間(jiān)，則通過線段、圓弧(hu)或者樣條曲線等(děng)來連接㊙️。相當于用(yong)數段微小的線段(duan)和圓弧去逼近要(yao)求的曲線和💁曲面(miàn)，這就是插補的本(běn)質。

流行的插補算(suan)法包括逐點比較(jiao)法、數字增量法等(děng)，而利用Nurbs樣條‼️曲線(xian)進行插補因為其(qí)效率高、精度好♉而(er)得到了高端數控(kòng)機床的青睐。