一提到(dao)工業，最(zui)基礎的(de)就是制(zhì)造。

所謂(wèi)制造就(jiù)是把各(ge)種各樣(yang)的東西(xi)從原材(cai)料變成(cheng)零件再(zai)裝配成(cheng)産品。

在(zai)傳統的(de)金屬加(jia)工領域(yu)，零件的(de)制造就(jiù)是火星(xing)四濺的(de)鑄鍛焊(hàn)以及硬(ying)碰硬的(de)車銑刨(páo)磨鉗，我(wǒ)們生活(huó)中見🎯到(dào)的任何(he)🔴一個稍(shao)微有些(xiē)形狀的(de)金屬，在(zai)我們♍見(jian)到之前(qián)，都已經(jīng)在工廠(chang)經曆了(le)多次鐵(tie)與火的(de)淬煉。

既(jì)然金屬(shǔ)零件是(shì)機器制(zhì)造的，那(na)麼機器(qi)又是如(rú)何制💯造(zao)🐆的呢？原(yuán)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(chuáng)，機器不(bú)再無腦(nǎo)幹活

機(jī)床是其(qí)他機器(qi)的“母機(ji)”。

煉鋼廠(chǎng)出産的(de)鋼鐵并(bìng)不是我(wǒ)們在生(sheng)活中見(jian)到的各(ge)種奇奇(qí)怪怪的(de)形狀，而(er)是闆材(cái)、管材、鑄(zhù)錠等等(deng)形狀比(bǐ)較規則(ze)的材料(liào)，這些材(cái)料要加(jia)工成各(gè)種形狀(zhuàng)的零件(jian)🤞就需要(yao)使用機(ji)💞床進行(háng)切削；還(hai)有一些(xiē)精度🐇要(yào)求較高(gāo)和表面(mian)粗糙度(du)要求較(jiao)細的零(ling)件，就要(yao)在👈機床(chuáng)上用精(jīng)㊙️細繁複(fu)的工🐪藝(yì)切出來(lai)或者磨(mo)出來。

和(he)所有的(de)機器一(yi)樣，最初(chū)的機床(chuáng)包括動(dong)力裝置(zhì)、傳動裝(zhuang)置🈲和🥵執(zhí)行裝置(zhi)，靠電機(jī)轉動輸(shu)入動力(li)，通過傳(chuan)動裝♈置(zhì)帶着被(bei)⁉️加工的(de)工🌐件或(huo)者刀具(jù)進行相(xiang)對運動(dong)，至于在(zai)哪兒✉️下(xia)刀、切🐕多(duo)少、多快(kuai)速度切(qiē)等等問(wen)題☔，則由(you)人在加(jiā)工過程(chéng)中直接(jiē)進行控(kòng)制。

由于(yu)傳統機(jī)床使用(yong)的電機(jī)的轉速(sù)在工作(zuo)時基本(ben)上是不(bú)變的，為(wei)了實現(xiàn)不同的(de)切削速(sù)度，傳統(tǒng)的機床(chuang)設計了(le)極為🈲複(fú)雜的傳(chuan)動系統(tong)。這種複(fú)雜度的(de)機械在(zai)現今的(de)設💯計中(zhong)已經不(bú)多見了(le)。

而随着(zhe)伺服電(dian)機（伺服(fú)電機就(jiu)是可以(yi)在一定(ding)範圍内(nei)精确控(kong)制電機(jī)的位置(zhi)和轉速(sù)的電機(ji)）技術的(de)發展及(jí)其在數(shu)控機床(chuang)上的應(ying)用，直接(jie)控制電(diàn)機的轉(zhuǎn)速變得(de)方便快(kuài)捷效率(lü)高，而且(qiě)基本上(shàng)⭕是無級(jí)變速，傳(chuan)動系統(tong)的結構(gòu)大大簡(jian)化，甚至(zhì)出現了(le)很多環(huan)節🧑🏾‍🤝‍🧑🏼電機(ji)直接連(lian)接到執(zhí)行機構(gou)上，而省(shěng)略了傳(chuán)動系統(tǒng)。

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

結(jie)構的簡(jiǎn)化還不(bú)夠，要實(shi)現各種(zhong)各樣的(de)形狀的(de)零件的(de)加工，還(hai)需要讓(rang)機床可(ke)以高效(xiào)、準确的(de)控制多(duō)台電機(ji)合作完(wán)成整個(gè)加工過(guo)程。

這就(jiù)要讓機(ji)床成為(wéi)有“腦子(zǐ)”的數控(kong)機床了(le)。而這個(ge)🥵腦子就(jiu)是♉數控(kòng)系統，數(shu)控系統(tong)的水平(ping)高低決(jué)定了數(shu)控機床(chuáng)能幹多(duo)複雜、多(duo)精密的(de)活兒，也(ye)決定了(le)這台機(jī)床和他(tā)的☀️操作(zuo)者的身(shēn)價。

（二）數控(kong)系統能(néng)幹嘛？處(chù)理信息(xī)并控制(zhì)動力

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

對(dui)于一般(ban)數控機(ji)床而言(yán)，往往包(bāo)含人機(jī)控制界(jie)面、數控(kong)系⁉️統、伺(si)服驅動(dong)裝置、機(jī)床、檢測(cè)裝置等(děng)等，操作(zuo)人員🔴在(zai)一💚些計(ji)算機輔(fǔ)助💋制造(zào)軟件的(de)幫助下(xia)，将加工(gōng)過程♌所(suo)需的各(gè)種操🧑🏾‍🤝‍🧑🏼作(zuo)（如主軸(zhou)變速等(deng)步驟以(yi)及工件(jian)的形狀(zhuang)尺寸）用(yong)🈲零件程(cheng)序代碼(mǎ)表示，并(bing)通過人(ren)🔅及控制(zhì)界面輸(shū)入到數(shu)控🐆機床(chuáng)，之後由(yóu)數控系(xi)統對這(zhè)些信息(xī)進行處(chu)理和運(yùn)算，并🛀按(an)零件程(chéng)序的要(yào)求控制(zhi)伺服㊙️電(diàn)機，實現(xiàn)刀具與(yu)工件的(de)相對運(yùn)動，以完(wán)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(chù)理的工(gong)作，并将(jiāng)信♊息♌的(de)處理結(jie)果以控(kong)制信号(hào)的形式(shi)傳給後(hòu)續的伺(si)🧡服電機(ji)，這些控(kòng)制信号(hao)的工作(zuo)效果依(yi)賴于兩(liǎng)大核心(xin)技術：一(yi)個是曲(qu)線曲面(miàn)的插補(bu)運算，一(yi)個是機(ji)床多軸(zhóu)的運動(dòng)控🔞制。

（三(sān)）零件形(xing)狀太“自(zì)由”？靠插(chā)補運算(suàn)搞定

如(ru)果運動(dòng)軌迹可(kě)以用解(jie)析式表(biǎo)達，則整(zhěng)個運動(dòng)就🈲可以(yi)分解為(wéi)幾個坐(zuò)标的獨(du)立運動(dòng)的合成(chéng)運動，就(jiu)可以直(zhí)接控制(zhì)💋電機生(shēng)成了。

但(dan)是制造(zào)過程中(zhong)很多零(líng)件的形(xíng)狀可以(yi)說是十(shí)分“自由(you)”的，既不(bu)圓、也不(bú)方，甚至(zhi)都不知(zhī)道是什(shi)麼形狀(zhuang)，例如♊汽(qì)車、輪船(chuan)、飛機💋、模(mó)具、藝術(shù)品等産(chǎn)品常遇(yu)到不能(néng)用解析(xī)式描述(shù)的曲線(xian)曲面，這(zhe)類曲線(xiàn)曲面稱(chēng)為🏃‍♂️自由(yóu)曲線（Free Form Curves）或(huo)自由曲(qu)面。

要切(qiē)出來這(zhe)些“自由(you)”的形狀(zhuang)，刀具和(hé)工件之(zhi)間的相(xiàng)對運動(dòng)也相應(yīng)的十分(fen)複雜。具(jù)體到操(cao)作中，就(jiù)是要控(kòng)制工件(jiàn)台、刀具(jù)都按照(zhao)設計好(hǎo)的位置(zhì)-時間曲(qu)線🔅進行(hang)運🛀🏻動，控(kong)制這二(er)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(ji)床可以(yǐ)在工件(jiàn)和刀具(jù)之間很(hěn)好地完(wán)成直線(xiàn)段、圓弧(hú)或其他(tā)👌的有解(jie)析式的(de)樣條曲(qu)線的相(xiang)對運動(dòng)🛀，而這👈種(zhong)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(bu)運算。

所(suo)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(guo)程。根據(ju)給定的(de)速度和(hé)軌迹，在(zài)軌迹的(de)已知點(diǎn)之間，增(zeng)加一些(xiē)新的中(zhōng)間點，并(bing)控制工(gōng)件台和(he)刀具通(tōng)過這些(xie)中間點(diǎn)，進而就(jiu)能完成(cheng)整🛀個運(yun)動。

而這(zhè)些中間(jian)點之間(jiān)，則通過(guo)線段、圓(yuán)弧或者(zhe)樣條曲(qu)線等來(lái)連接♋。相(xiang)當于用(yong)數段微(wei)小的線(xian)段和圓(yuán)弧去🌈逼(bi)近要求(qiú)的曲線(xiàn)和曲面(mian)，這就是(shì)插補的(de)本質。

流(liu)行的插(cha)補算法(fa)包括逐(zhu)點比較(jiào)法、數字(zi)增量法(fa)等，而利(lì)用Nurbs樣條(tiáo)曲線進(jìn)行插補(bu)因為其(qi)效率高(gāo)、精度好(hǎo)而得到(dao)了高端(duān)數控機(jī)床的青(qing)睐。