一提到(dao)工業，最(zui)基礎的(de)就是制(zhì)造。

所謂(wei)制造就(jiu)是把各(gè)種各樣(yàng)的東西(xi)從原材(cái)料變成(cheng)零件再(zài)裝配成(cheng)産品。

在(zai)傳統的(de)金屬加(jiā)工領域(yù)，零件的(de)制造就(jiù)是火星(xing)四濺的(de)鑄㊙️鍛🔅焊(hàn)🌐以及硬(yìng)碰硬的(de)車銑刨(pao)磨鉗，我(wo)們生活(huo)🏒中見到(dào)的💚任何(hé)一個稍(shāo)微🛀🏻有些(xiē)形狀的(de)金屬，在(zài)我們見(jiàn)到之前(qian)，都已經(jīng)在工❤️廠(chang)經曆🌐了(le)多次鐵(tiě)與火的(de)淬♉煉。

既(jì)然金屬(shu)零件是(shì)機器制(zhì)造的，那(na)麼機器(qì)又是如(rú)何制造(zao)的呢⛱️？原(yuan)來，它是(shì)通過數(shu)控機床(chuang)完成的(de)。

（一）從機(ji)床到數(shu)控機床(chuang)，機器不(bú)再無腦(nǎo)幹活

機(ji)床是其(qi)他機器(qì)的“母機(ji)”。

煉鋼廠(chǎng)出産的(de)鋼鐵并(bing)不是我(wǒ)們在生(shēng)活中見(jian)到的各(gè)種奇奇(qi)怪怪的(de)形狀，而(ér)是闆材(cái)、管材、鑄(zhù)錠等等(děng)形狀比(bi)較規則(zé)的材料(liao)，這些材(cai)料要加(jiā)工成各(gè)種形狀(zhuàng)🛀的零件(jian)✏️就需要(yao)使用機(jī)床進行(hang)切削；還(hái)有一些(xiē)精度要(yào)求較高(gao)和表面(mian)粗⭐糙度(du)要求較(jiao)細的零(líng)件，就要(yao)在機床(chuáng)上用精(jing)細繁複(fú)的工藝(yi)切出來(lai)或💔者磨(mo)出來。

和(hé)所有的(de)機器一(yī)樣，最初(chū)的機床(chuang)包括動(dong)力裝置(zhì)、傳動裝(zhuāng)置🍓和執(zhi)行裝置(zhi)，靠電機(ji)轉動輸(shu)入動力(li)，通過傳(chuán)動裝🌈置(zhi)帶🌈着被(bei)🐕加工的(de)工件或(huo)者刀具(ju)進行相(xiang)對運🆚動(dòng)，至于在(zài)哪兒下(xià)刀、切多(duo)少、多快(kuài)速度切(qie)等等問(wèn)題，則由(yóu)人在加(jiā)工過程(chéng)🍓中直接(jiē)進行控(kòng)制。

由于(yú)傳統機(ji)床使用(yong)的電機(jī)的轉速(sù)在工作(zuò)時基本(běn)上是不(bú)變㊙️的，為(wei)了實現(xian)不同的(de)切削速(su)度，傳統(tǒng)的機♍床(chuang)設計了(le)極為🌈複(fú)雜的傳(chuán)動系統(tong)。這種複(fú)雜度的(de)機械在(zai)現今的(de)設計中(zhōng)已經不(bu)多見了(le)。

而随着(zhe)伺服電(diàn)機（伺服(fu)電機就(jiu)是可以(yi)在一定(ding)範圍内(nei)精确🌈控(kòng)制電機(jī)的位置(zhì)和轉速(su)的電機(ji)）技術的(de)發展及(ji)其在🔆數(shù)控機床(chuáng)‼️上的應(ying)用，直接(jiē)控制電(dian)機的轉(zhuǎn)速變得(de)方便快(kuai)捷效率(lü)🐪高，而且(qie)🔅基本上(shàng)是無級(jí)變速🔴，傳(chuán)動系統(tǒng)的結構(gou)大大簡(jian)化，甚至(zhi)出現了(le)很多環(huán)節🙇🏻電機(ji)直接連(lián)接到執(zhi)行機構(gou)上，而省(sheng)略了傳(chuan)動系統(tong)。

這種“直(zhí)接驅動(dong)”的模式(shi)是現在(zài)機械設(she)計領域(yù)的一大(da)趨勢。

結(jie)構的簡(jian)化還不(bu)夠，要實(shi)現各種(zhǒng)各樣的(de)形狀的(de)零件的(de)加工⭕，還(hai)需要讓(ràng)機床可(ke)以高效(xiào)、準确的(de)控制多(duō)台電機(jī)合作完(wan)成整個(gè)加工過(guo)程。

這就(jiù)要讓機(jī)床成為(wei)有“腦子(zǐ)”的數控(kòng)機床了(le)。而這個(gè)㊙️腦子就(jiù)是數控(kòng)系統，數(shù)控系統(tǒng)的水平(ping)高低決(jué)定了數(shu)控機床(chuáng)能幹多(duō)複雜、多(duō)精密的(de)活兒，也(yě)決定了(le)這台機(jī)床💋和他(tā)的操作(zuo)者的身(shēn)價。

（二）數控(kòng)系統能(néng)幹嘛？處(chu)理信息(xi)并控制(zhi)動力

數(shu)控系統(tǒng)（Numerical Controller System）是數控(kong)機床的(de)大腦。

對(duì)于一般(bān)數控機(ji)床而言(yán)，往往包(bāo)含人機(jī)控制界(jie)面、數💘控(kòng)系統、伺(sì)服驅動(dong)裝置、機(ji)床、檢測(cè)裝置等(deng)等，操作(zuo)⛹🏻‍♀️人員在(zài)一些計(ji)算機輔(fǔ)助制造(zào)軟件的(de)幫助下(xia)，将加🏃🏻‍♂️工(gong)過程所(suo)需的❓各(gè)種操作(zuo)（如主🚶軸(zhou)變速等(deng)步驟以(yǐ)及工件(jiàn)的形狀(zhuàng)尺寸）用(yong)零件程(cheng)序📧代碼(ma)表示，并(bìng)通過人(rén)及控制(zhi)界面輸(shu)入到數(shu)控機床(chuang)，之後由(you)數控系(xì)統對這(zhè)些信息(xi)進💋行處(chù)理和運(yun)算，并按(àn)零件程(chéng)序的要(yào)求控制(zhi)伺服電(diàn)機，實現(xian)刀具與(yu)工件的(de)相對運(yun)動，以完(wan)🐆成零件(jian)的加工(gong)。

數控系(xi)統完成(cheng)諸多信(xìn)息的存(cún)儲和處(chu)理的工(gōng)作，并将(jiang)🥵信‼️息的(de)處💚理結(jié)果以控(kong)制信号(hao)的形式(shì)傳給後(hou)續的伺(sì)🈲服電機(jī)，這✌️些控(kong)制信号(hao)的工作(zuo)效果依(yī)賴于兩(liǎng)大核心(xin)技術：一(yī)個是曲(qu)線曲面(miàn)的插補(bu)📱運算，一(yi)個是機(ji)床多軸(zhou)的運動(dong)控制。

（三(sān)）零件形(xing)狀太“自(zi)由”？靠插(cha)補運算(suan)搞定

如(rú)果運動(dòng)軌迹可(kě)以用解(jie)析式表(biǎo)達，則整(zhěng)個運動(dong)就可以(yi)分解為(wei)🙇🏻幾個坐(zuò)标的獨(du)立運動(dong)的合成(cheng)運動，就(jiù)可以直(zhi)接控制(zhi)電機生(sheng)成了。

但(dàn)是制造(zào)過程中(zhong)很多零(líng)件的形(xíng)狀可以(yǐ)說是十(shi)分“自由(yóu)”的，既不(bú)⛹🏻‍♀️圓、也不(bu)方，甚至(zhì)都不知(zhī)道是什(shi)麼形狀(zhuang)，例如汽(qì)車💯、輪船(chuán)、飛機、模(mo)具、藝術(shu)品等産(chan)品常遇(yu)到不能(néng)用解析(xī)式描述(shù)的曲線(xian)曲面，這(zhè)類曲線(xian)曲面稱(cheng)為自由(yóu)曲線（Free Form Curves）或(huò)自由曲(qǔ)面。

要切(qiē)出來這(zhè)些“自由(yóu)”的形狀(zhuang)，刀具和(hé)工件之(zhi)間的相(xiàng)對運動(dòng)也👨‍❤️‍👨相應(ying)的十分(fen)複雜。具(jù)體到操(cao)作中，就(jiu)是要控(kòng)制工件(jian)台、刀具(jù)都按照(zhao)🐅設計好(hǎo)的位置(zhi)-時間曲(qu)線🥰進行(háng)運動，控(kòng)制這二(èr)者在規(gui)定的時(shi)間以指(zhǐ)定的姿(zī)态到達(dá)指🚩定的(de)位置。

機(jī)床可以(yi)在工件(jian)和刀具(jù)之間很(hen)好地完(wan)成直線(xiàn)段、圓弧(hú)或其他(ta)的有解(jie)析式的(de)樣條曲(qu)線的相(xiàng)對運動(dòng)，而這種(zhǒng)複雜的(de)“自由”運(yùn)動又該(gai)怎麼完(wan)成呢？答(da)案是依(yī)靠插😘補(bǔ)運算。

所(suǒ)謂插補(bu)，就是按(an)照一定(ding)方法确(què)定數控(kong)機床上(shàng)刀具的(de)運動軌(guǐ)♌迹的過(guò)程。根據(ju)給定的(de)速度和(he)軌迹，在(zài)軌迹的(de)已知點(dian)之間，增(zēng)加一些(xie)新的中(zhong)間點，并(bing)控制👈工(gōng)件台🥵和(hé)刀具通(tong)過這些(xiē)中間點(dian)，進而就(jiù)能完成(chéng)整☁️個運(yun)動。

而這(zhè)些中間(jiān)點之間(jian)，則通過(guo)線段、圓(yuán)弧或者(zhe)樣條曲(qǔ)線等👨‍❤️‍👨來(lái)連接。相(xiàng)當于用(yong)數段微(wei)小的線(xiàn)段和圓(yuan)弧去逼(bī)近要求(qiú)的曲線(xiàn)和曲面(mian)，這就是(shi)插補的(de)本質。

流(liú)行的插(chā)補算法(fǎ)包括逐(zhu)點比較(jiao)法、數字(zì)增量法(fa)等，而利(li)用Nurbs樣條(tiáo)曲線進(jìn)行插補(bu)因為其(qí)效率高(gāo)、精度好(hǎo)而得到(dào)了高端(duan)數控機(jī)床的青(qing)睐。