一(yī)提到工業(yè)，最基礎的(de)就是制造(zào)。

所謂制造(zào)就是把各(ge)種各樣的(de)東西從原(yuán)材料變成(chéng)零件再裝(zhuang)配成産品(pǐn)。

在傳統的(de)金屬加工(gong)領域，零件(jian)的制造就(jiu)是火星四(si)濺🔞的📞鑄鍛(duan)🈲焊以及硬(yìng)碰硬的車(chē)銑刨磨鉗(qián)，我們生活(huo)中見到的(de)任何一個(ge)稍微有些(xiē)形狀的金(jin)屬，在我們(men)見到之前(qian)，都已經在(zai)工廠經曆(lì)✨了多次鐵(tie)與火的淬(cui)煉。

既然金(jīn)屬零件是(shi)機器制造(zao)的，那麼機(ji)器又是如(rú)何制造的(de)呢🆚？原來，它(tā)是通過數(shu)控機床完(wán)成的。

（一）從(cóng)機床到數(shù)控機床，機(ji)器不再無(wu)腦幹活

機(jī)床是其他(tā)機器的“母(mǔ)機”。

煉鋼廠(chǎng)出産的鋼(gang)鐵并不是(shi)我們在生(sheng)活中見到(dao)的各種奇(qí)奇怪🧑🏽‍🤝‍🧑🏻怪的(de)形狀，而是(shì)闆材、管材(cai)、鑄錠等等(deng)形狀比👨‍❤️‍👨較(jiào)規則的材(cái)料，這些材(cái)料要加工(gōng)成各種形(xing)狀的零件(jiàn)㊙️就需要使(shǐ)用機床進(jin)行切削；還(hai)有一些精(jing)度要求較(jiao)高和表面(mian)粗糙度要(yao)求較細的(de)零件，就要(yao)在機床上(shàng)用精細繁(fan)複的工📧藝(yi)切出來或(huo)者磨出來(lái)。

和所有的(de)機器一樣(yang)，最初的機(jī)床包括動(dong)力裝置、傳(chuán)🔆動裝置和(hé)🙇‍♀️執行裝置(zhì)，靠電機轉(zhuan)動輸入動(dòng)力，通過傳(chuan)👣動裝置帶(dài)着被加工(gong)🈚的工件或(huò)者刀具進(jin)行相對運(yun)動，至于在(zài)哪兒🔞下刀(dao)、切多少、多(duō)快速度📞切(qie)等等問題(ti)🐅，則由人在(zai)加工過程(cheng)♊中直接進(jin)行控制。

由(yóu)于傳統機(jī)床使用的(de)電機的轉(zhuan)速在工作(zuo)時基本上(shàng)💘是📞不變的(de)，為了實現(xiàn)不同的切(qie)削速度，傳(chuán)統的機床(chuáng)設計了極(ji)為複雜🔅的(de)傳動系統(tǒng)。這種複雜(zá)度的機械(xiè)在現今的(de)設計中已(yi)經不多見(jiàn)了。

而随着(zhe)伺服電機(jī)（伺服電機(jī)就是可以(yǐ)在一定範(fàn)圍内精确(que)控👨‍❤️‍👨制電機(ji)的位置和(hé)轉速的電(diàn)機）技術的(de)發展及🚶‍♀️其(qi)在數控🐪機(jī)床上的應(yīng)用，直接控(kong)制電機的(de)轉速變得(de)🈲方便快捷(jié)效率高，而(ér)且基本上(shang)是無級變(bian)速，傳動系(xì)統的結構(gou)大大簡化(huà)，甚至出現(xiàn)了很多環(huan)節🌈電機直(zhi)接連接到(dào)執行機構(gòu)上，而省略(luè)了傳動系(xi)統。

這種“直(zhí)接驅動”的(de)模式是現(xian)在機械設(she)計領域的(de)一大趨勢(shì)。

結構的簡(jiǎn)化還不夠(gòu)，要實現各(ge)種各樣的(de)形狀的零(ling)件的加工(gong)✂️，還需要讓(ràng)機床可以(yǐ)高效、準确(que)的控制多(duō)台電機合(he)🧡作完成整(zhěng)個加工過(guo)程。

這就要(yao)讓機床成(cheng)為有“腦子(zi)”的數控機(jī)床了。而這(zhe)個腦子就(jiù)是數控系(xì)統，數控系(xì)統的水平(ping)高低決定(ding)了💋數控機(ji)床能幹多(duō)複雜、多精(jing)密的活兒(ér)，也決定了(le)這台機床(chuáng)和他的操(cāo)作者的身(shen)價。

（二）數控(kòng)系統能幹(gan)嘛？處理信(xin)息并控制(zhi)動力

數控(kòng)系統（Numerical Controller System）是數(shù)控機床的(de)大腦。

對于(yu)一般數控(kong)機床而言(yan)，往往包含(han)人機控制(zhì)界面、數控(kòng)系統、伺服(fú)驅動裝置(zhì)、機床、檢測(ce)裝置等等(děng)，操作人員(yuán)在一些計(ji)算機輔助(zhù)制造軟件(jiàn)的幫助下(xia)，将加工過(guò)程所需的(de)各種操作(zuo)（如主軸變(bian)速等步驟(zhòu)以及🔱工件(jiàn)的形㊙️狀尺(chǐ)寸）用✨零件(jiàn)程序🌈代碼(ma)表示，并通(tōng)過人💋及控(kong)制界面輸(shū)入到數控(kòng)機床，之後(hou)由數控系(xi)統對這些(xiē)信息進行(háng)處理和運(yun)算，并按零(líng)件程序的(de)要求控制(zhi)伺服電機(jī)，實現刀具(ju)與工件的(de)🐆相對運動(dong)，以完成零(líng)件的加工(gong)。

數控系統(tǒng)完成諸多(duō)信息的存(cún)儲和處理(li)的工作，并(bìng)将信息的(de)⁉️處理結果(guǒ)以控制信(xin)号的形式(shi)傳給後續(xù)的伺服電(diàn)機，這些控(kòng)制信号的(de)工作效果(guǒ)依賴于兩(liang)🏒大核心技(ji)術：一個是(shì)曲💁線曲面(mian)的插補運(yùn)算，一個是(shi)機床多軸(zhou)的運動控(kòng)制。

（三）零件(jian)形狀太“自(zi)由”？靠插補(bǔ)運算搞定(ding)

如果運動(dòng)軌迹可以(yǐ)用解析式(shi)表達，則整(zhěng)個運動就(jiu)可以📞分解(jiě)為幾個坐(zuò)标的獨立(lì)運動的合(he)成運動，就(jiu)可以🈲直接(jiē)控制電機(jī)生成了。

但(dan)是制造過(guo)程中很多(duō)零件的形(xing)狀可以說(shuō)是十分“自(zi)由”的，既☔不(bu)✔️圓、也不方(fāng)，甚至都不(bu)知道是什(shi)麼形狀，例(li)如汽車、輪(lún)船😄、飛機🧑🏽‍🤝‍🧑🏻、模(mo)具📱、藝術品(pin)等産品常(chang)遇到不能(neng)用解析式(shì)描述的曲(qǔ)💰線曲面，這(zhe)類曲線曲(qu)面稱為自(zi)由曲線（Free Form Curves）或(huo)自由曲面(mian)。

要切出來(lái)這些“自由(yóu)”的形狀，刀(dāo)具和工件(jian)之間的相(xiàng)對🔞運動🧡也(yě)相應的十(shí)分複雜。具(jù)體到操作(zuo)中，就是要(yào)控制工件(jian)✔️台、刀具都(dou)按照設計(ji)好的位置(zhi)-時間曲線(xian)進行運動(dong)，控制這二(èr)者在規定(dìng)的時間以(yi)指定的姿(zī)态到達指(zhǐ)定的位置(zhì)。

機床可以(yǐ)在工件和(hé)刀具之間(jian)很好地完(wan)成直線段(duan)、圓弧或其(qí)他的有解(jie)析式的樣(yang)條曲線的(de)相對運動(dong)，而這種複(fu)雜的“自由(yóu)”運動又該(gai)怎麼完成(chéng)呢？答案是(shì)💚依靠插補(bu)運算。

所謂(wei)插補，就是(shi)按照一定(ding)方法确定(ding)數控機床(chuang)上刀‼️具的(de)⭕運動軌迹(jì)的過程。根(gēn)據給定的(de)速度和軌(guǐ)迹，在🐆軌迹(ji)的已知點(dian)🐉之間，增加(jia)一些新的(de)中間點，并(bìng)控制工件(jian)台和刀具(ju)通過這些(xiē)中間點，進(jin)而就能完(wán)成整✏️個運(yùn)動。

而這些(xiē)中間點之(zhī)間，則通過(guò)線段、圓弧(hú)或者樣條(tiao)曲♍線🔴等來(lái)連接。相當(dāng)于用數段(duàn)微小的線(xian)段和圓弧(hu)去逼近要(yao)求的曲線(xiàn)和曲面，這(zhe)就是插補(bu)的本質。

流(liú)行的插補(bǔ)算法包括(kuò)逐點比較(jiào)法、數字增(zeng)量法等，而(er)利用Nurbs樣條(tiáo)曲線進行(hang)插補因為(wéi)其效率高(gao)、精度好而(ér)得到了高(gāo)端數控機(ji)床的青睐(lài)。