一提到(dào)工業，最(zuì)基礎的(de)就是制(zhì)造。

所謂(wei)制造就(jiù)是把各(gè)種各樣(yàng)的東西(xī)從原材(cai)料變成(cheng)零件再(zai)裝配成(cheng)産品。

在(zài)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(pao)磨鉗，我(wo)們生活(huo)中見到(dào)的任何(he)一個稍(shao)微有些(xie)形狀的(de)金屬，在(zài)我們🙇‍♀️見(jian)到之前(qián)，都已經(jing)在工廠(chǎng)經曆了(le)多次❌鐵(tie)與火的(de)淬❓煉。

既(ji)然金屬(shu)零件是(shi)機器制(zhi)造的，那(nà)麼機器(qì)又是如(rú)何⭐制造(zao)的呢？原(yuán)來，它是(shi)通過數(shu)控機床(chuang)完成的(de)。

（一）從機(jī)床到數(shù)控機床(chuáng)，機器不(bu)再無腦(nao)幹活

機(ji)床是其(qi)他機器(qi)的“母機(jī)”。

煉鋼廠(chǎng)出産的(de)鋼鐵并(bìng)不是我(wǒ)們在生(shēng)活中見(jiàn)到的各(gè)種奇💯奇(qi)怪怪的(de)形狀，而(ér)是闆材(cái)、管材、鑄(zhu)錠等等(děng)形狀比(bǐ)較規🌂則(ze)的材料(liao)，這些材(cai)料要加(jia)工成各(gè)種形狀(zhuang)的零件(jiàn)就需要(yao)使用機(jī)床進行(háng)🐇切削；還(hai)有一些(xiē)精度要(yao)求較高(gāo)和表面(miàn)粗糙度(dù)要求較(jiao)細的零(líng)件，就要(yao)在機床(chuang)上用精(jīng)細繁複(fú)的工✌️藝(yi)切出來(lái)或者磨(mo)出來。

和(hé)所有的(de)機器一(yi)樣，最初(chū)的機床(chuang)包括動(dong)力裝置(zhi)、傳🔴動裝(zhuang)置和執(zhi)行裝置(zhì)，靠電機(ji)轉動輸(shu)入動力(lì)，通過傳(chuan)動裝置(zhi)帶着被(bei)加工的(de)工件或(huò)者刀具(ju)進行相(xiang)對運動(dòng)，至于在(zài)哪兒🔴下(xià)刀、切多(duō)少、多快(kuai)速度切(qie)等等問(wèn)題，則由(you)人在加(jiā)工過程(cheng)✍️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(su)在工作(zuo)時基本(běn)上是👄不(bu)♻️變的，為(wéi)了實現(xiàn)不同的(de)切削速(su)度，傳統(tǒng)的機床(chuáng)設計了(le)⚽極為複(fu)雜的傳(chuán)動系統(tǒng)。這種複(fu)雜度的(de)機械在(zài)現今的(de)設計中(zhōng)已經不(bú)多見了(le)。

而随着(zhe)伺服電(diàn)機（伺服(fú)電機就(jiu)是可以(yi)在一定(ding)範圍内(nèi)⁉️精确🧡控(kòng)制電機(ji)的位置(zhì)和轉速(sù)的電機(ji)）技術的(de)發展及(ji)其在數(shù)控機床(chuang)上的📞應(ying)用，直接(jie)控制電(dian)機的轉(zhuan)速變得(dé)方便快(kuai)捷效率(lǜ)高，而且(qiě)基本上(shàng)是無級(ji)變速，傳(chuan)動系統(tǒng)🏃🏻‍♂️的結構(gòu)大大簡(jiǎn)化，甚至(zhì)出現了(le)很多環(huan)節📱電機(ji)直接連(lian)接到執(zhi)行機🙇‍♀️構(gòu)上，而省(shěng)略🈚了傳(chuan)動系統(tong)。

這種“直(zhí)接驅動(dòng)”的模式(shì)是現在(zai)機械設(she)計領域(yu)的一🥰大(da)趨勢。

結(jie)構的簡(jian)化還不(bu)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(ràng)機床可(ke)以高效(xiao)、準确的(de)控制多(duō)台電💰機(ji)合🔞作完(wan)成整個(ge)加工過(guò)程。

這就(jiù)要讓機(jī)床成為(wéi)有“腦子(zi)”的數控(kong)機床了(le)。而這個(gè)腦子就(jiù)💯是數控(kòng)系統，數(shù)控系統(tong)的水平(píng)高低決(jue)定了數(shu)控機床(chuang)能幹多(duō)複雜、多(duo)精密的(de)活兒，也(yě)決定了(le)這台機(ji)床和他(ta)的操作(zuo)者🧑🏽‍🤝‍🧑🏻的身(shen)價。

（二）數控(kòng)系統能(neng)幹嘛？處(chù)理信息(xi)并控制(zhì)動力

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

對(dui)于一般(ban)數控機(ji)床而言(yan)，往往包(bāo)含人機(ji)控制界(jie)面、數控(kòng)💃🏻系🈲統、伺(sì)服驅動(dòng)裝置、機(jī)床、檢測(ce)裝置等(děng)等，操作(zuò)人員在(zai)一些計(ji)算機輔(fu)助制造(zao)軟件的(de)幫助下(xia)，将加工(gong)過程所(suo)需的各(ge)種操作(zuo)（如主軸(zhóu)變速等(děng)步驟以(yǐ)及工件(jiàn)的形狀(zhuang)尺寸）用(yòng)零件程(cheng)序代碼(ma)表示，并(bing)通過人(ren)🌏及控制(zhì)界面⭐輸(shu)入到數(shù)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(an)零件程(chéng)序的要(yao)求控制(zhì)伺服電(diàn)機，實現(xiàn)刀具與(yǔ)工件的(de)相對運(yùn)動，以完(wán)成零件(jiàn)的加工(gong)。

數控系(xì)統完成(chéng)諸多信(xin)息的存(cún)儲和處(chù)理的工(gong)作，并将(jiāng)❌信息的(de)🔞處理結(jié)果以控(kòng)制信号(hào)的形式(shi)傳給後(hòu)續的伺(sì)服電機(jī)，這些控(kong)制信号(hao)的工作(zuò)效果依(yi)賴于兩(liang)大核心(xīn)技術：一(yi)個是曲(qǔ)線曲面(mian)的插補(bǔ)運算，一(yī)個是機(jī)床多軸(zhóu)的運動(dong)控制。

（三(san)）零件形(xíng)狀太“自(zì)由”？靠插(cha)補運算(suàn)搞定

如(rú)果運動(dòng)軌迹可(ke)以用解(jiě)析式表(biao)達，則整(zhěng)個運動(dong)就🏒可以(yǐ)分解🏃‍♀️為(wéi)幾個坐(zuò)标的獨(du)立運動(dòng)的合成(cheng)運動，就(jiu)可以直(zhí)接控制(zhi)電機生(shēng)成♍了。

但(dàn)是制造(zao)過程中(zhōng)很多零(ling)件的形(xíng)狀可以(yǐ)說是十(shi)分“自由(you)”的，既🌈不(bú)圓、也不(bú)方，甚至(zhì)都不知(zhī)道是什(shi)麼形狀(zhuàng)，例如⚽汽(qì)車、輪船(chuan)、飛機、模(mo)具☁️、藝術(shù)品等産(chan)品常遇(yù)到不能(néng)用解🚶析(xī)式描述(shu)的曲線(xiàn)曲面，這(zhè)類曲線(xiàn)曲面稱(cheng)為♌自由(you)曲線（Free Form Curves）或(huo)自由曲(qu)面。

要切(qiē)出來這(zhè)些“自由(you)”的形狀(zhuàng)，刀具和(he)工件之(zhi)間的相(xiang)對運動(dong)也相應(yīng)的十分(fèn)複雜。具(ju)體到操(cāo)作中，就(jiu)是要控(kong)制工件(jiàn)♈台、刀具(ju)都🛀🏻按照(zhao)設計好(hao)的位置(zhi)-時間曲(qu)線❄️進行(háng)運動，控(kòng)制這二(èr)者㊙️在規(guī)定的時(shí)間以指(zhǐ)定的姿(zi)🛀态到達(da)指定的(de)位置。

機(jī)床可以(yi)在工件(jiàn)和刀具(ju)之間很(hen)好地完(wán)成直線(xian)段、圓🐆弧(hu)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(zhǒng)複雜的(de)“自由”運(yùn)動🏃🏻‍♂️又該(gāi)怎麼完(wan)成呢？答(da)案是依(yi)靠插補(bu)運算。

所(suo)謂插補(bu)，就是按(an)照一定(dìng)方法确(què)定數控(kong)機床上(shang)刀具的(de)運動🐅軌(gui)迹的過(guò)程。根據(jù)給定的(de)速度和(he)軌迹，在(zài)軌迹的(de)已知點(diǎn)之間，增(zeng)加一些(xie)新的中(zhōng)間點，并(bìng)控制☂️工(gōng)件台和(he)刀具通(tong)過這些(xie)中間點(dian)，進而就(jiù)能完成(chéng)整個運(yun)動。

而這(zhe)些中間(jian)點之間(jiān)，則通過(guò)線段、圓(yuán)弧或者(zhe)樣條曲(qu)線等來(lái)連接。相(xiang)當于用(yòng)數段微(wei)小的線(xian)段和圓(yuan)弧去逼(bi)近❄️要求(qiu)的曲線(xian)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(zi)增量法(fǎ)等，而利(lì)用Nurbs樣🔴條(tiao)曲線進(jìn)行插補(bǔ)因為其(qí)效率高(gao)、精度好(hao)而得到(dào)了高端(duān)數控🌈機(jī)床的青(qīng)睐。