一提到(dao)工業，最(zui)基礎的(de)就是制(zhì)造。

所謂(wei)制造就(jiù)是把各(gè)種各樣(yang)的東西(xi)從原材(cái)料變成(chéng)🏃零⭐件再(zai)✨裝配成(cheng)産品。

在(zài)傳統的(de)金屬加(jia)工領域(yù)，零件的(de)制造就(jiù)是火星(xīng)四濺的(de)鑄鍛焊(han)以及硬(ying)碰硬的(de)車銑刨(páo)磨鉗，我(wo)們生活(huo)中見到(dao)的任何(hé)一個稍(shao)微有些(xiē)形狀的(de)金屬，在(zài)我們見(jian)到之前(qián)，都已經(jīng)在工廠(chǎng)經曆🈲了(le)多次鐵(tie)與火的(de)淬煉。

既(jì)然金屬(shǔ)零件是(shi)機器制(zhì)造的，那(nà)麼機器(qì)又是如(ru)何制造(zao)的呢♻️？原(yuan)來，它是(shi)通過數(shù)控機床(chuang)完成的(de)。

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

機(jī)床是其(qí)他機器(qì)的“母機(ji)”。

煉鋼廠(chǎng)出産的(de)鋼鐵并(bing)不是我(wo)們在生(shēng)活中見(jian)到的各(ge)種奇🌏奇(qí)怪怪的(de)形狀，而(er)是闆材(cai)、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(jiā)工成各(ge)種形狀(zhuàng)的零件(jian)就需要(yao)使用機(ji)床進行(hang)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(jing)細繁複(fú)的工藝(yi)切出來(lai)或者磨(mó)出來。

和(hé)所有的(de)機器一(yi)樣，最初(chu)的機床(chuáng)包括動(dòng)力裝置(zhi)、傳動☂️裝(zhuāng)置和執(zhí)行裝置(zhi)，靠電機(jī)轉動輸(shū)入動力(li)，通過傳(chuan)動裝置(zhi)帶✂️着被(bèi)加工的(de)工件或(huò)者刀具(ju)進行相(xiang)對運動(dong)，至于在(zài)哪兒下(xià)刀、切✨多(duō)少、多快(kuài)速度切(qie)等等問(wen)題，則由(you)人在加(jiā)工過程(cheng)中直接(jiē)進行控(kong)制。

由于(yú)傳統機(ji)床使用(yong)的電機(ji)的轉速(su)在工作(zuo)時基本(ben)上是不(bú)變的，為(wéi)了實現(xian)不同的(de)切削速(su)度，傳統(tong)的機床(chuáng)設計了(le)極為👅複(fu)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(jiù)是可以(yi)在一定(dìng)範圍内(nei)精确🧑🏽‍🤝‍🧑🏻控(kòng)制電機(jī)的位置(zhi)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(diàn)機的轉(zhuǎn)速變得(dé)方便快(kuai)捷效率(lü)🐅高，而且(qiě)基本上(shang)是無級(ji)變速，傳(chuán)動系統(tǒng)⭐的結構(gòu)大大簡(jian)化，甚至(zhì)出現了(le)很多環(huan)節電機(jī)直接連(lian)接到執(zhi)行機構(gòu)上，而省(sheng)略了傳(chuan)動系統(tǒng)。

這種“直(zhi)接驅動(dong)”的模式(shì)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(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(ràng)機床可(ke)以高效(xiao)、準确的(de)控制多(duo)台電機(ji)合作完(wán)☂️成整個(gè)加工過(guo)程。

這就(jiù)要讓機(jī)床成為(wéi)有“腦子(zi)”的數控(kòng)機床了(le)。而這個(ge)腦👈子就(jiu)是數⭕控(kong)系統，數(shu)控系統(tong)的水平(píng)高低決(jué)定了數(shù)控機床(chuang)⛷️能幹多(duo)複雜、多(duō)精密的(de)活兒，也(yě)決定了(le)這台機(ji)床和他(ta)的操作(zuò)者的身(shen)價。

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

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

對(dui)于一般(bān)數控機(jī)床而言(yan)，往往包(bāo)含人機(ji)控制界(jiè)面、數控(kong)系統、伺(sì)服驅動(dong)裝置、機(jī)床、檢測(ce)裝置等(deng)等，操作(zuo)💰人員在(zai)一✌️些計(jì)算機輔(fǔ)助制造(zao)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(jiàn)的形狀(zhuàng)尺寸）用(yong)零件程(cheng)序代碼(mǎ)表示，并(bìng)通過人(rén)⭐及控制(zhì)界面輸(shū)入到數(shù)控機床(chuáng)，之後由(yóu)數控系(xì)統對這(zhe)些信息(xi)進行♍處(chu)理和運(yùn)算，并按(àn)零件程(cheng)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(yun)動，以完(wan)成☁️零件(jian)的加工(gōng)。

數控系(xì)統完成(chéng)諸多信(xìn)息的存(cun)儲和處(chu)理的工(gong)作，并✊将(jiāng)信息🔞的(de)㊙️處理結(jie)果以控(kòng)制信号(hào)的形式(shì)傳給後(hòu)續的伺(si)💯服電機(jī)，這些控(kong)🐪制信号(hào)的工作(zuò)效果依(yī)賴于兩(liang)大核心(xīn)技術：一(yī)㊙️個是曲(qǔ)💜線曲面(mian)的插補(bǔ)運算，一(yi)個是㊙️機(jī)床多軸(zhou)的運動(dong)控制。

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

如(ru)果運動(dong)軌迹可(kě)以用解(jie)析式表(biao)達，則整(zheng)個運動(dong)就可以(yǐ)分解為(wéi)幾個坐(zuò)标的獨(dú)立運動(dong)的合成(chéng)運動，就(jiu)可以直(zhi)接控制(zhì)電機生(sheng)成了。

但(dan)是制造(zao)過程中(zhong)很多零(líng)件的形(xing)狀可以(yi)說是十(shi)分“自由(you)🥵”的，既不(bú)圓、也不(bú)方，甚至(zhi)都不知(zhi)道是什(shi)麼形狀(zhuang)，例如汽(qì)車🏃🏻、輪船(chuán)、飛機、模(mó)具、藝術(shù)品等産(chǎn)品常遇(yù)到不🔴能(néng)用解⭐析(xi)式描🙇🏻述(shu)的曲線(xiàn)曲面，這(zhè)類曲👨‍❤️‍👨線(xian)曲面稱(chēng)為🛀自由(you)曲線（Free Form Curves）或(huò)自由曲(qu)面。

要切(qie)出來這(zhe)些“自由(you)”的形狀(zhuàng)，刀具和(he)工件之(zhī)間的相(xiang)對運動(dòng)也相應(ying)的十分(fèn)複雜。具(ju)體到操(cao)作中，就(jiu)是要控(kòng)制⚽工件(jiàn)台、刀🌈具(ju)都按照(zhào)設計好(hǎo)的位置(zhi)-時間曲(qu)線進行(háng)運動，控(kòng)制這二(er)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(ji)床可以(yǐ)在工件(jian)和刀具(jù)之間很(hěn)好地完(wan)成直線(xian)段、圓弧(hú)或其他(ta)的有解(jiě)析式的(de)樣條曲(qǔ)線的相(xiang)對運動(dong)，而這㊙️種(zhong)複雜的(de)“自由”運(yun)動又該(gai)怎麼完(wan)成呢？答(dá)案是依(yi)靠插補(bu)運算。

所(suǒ)謂插補(bǔ)，就是按(an)照一定(ding)方法确(que)定數控(kòng)機床上(shang)刀具的(de)🎯運動🧡軌(gui)迹的過(guo)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(xiē)新的中(zhong)間點，并(bing)控制工(gong)件台和(hé)刀具通(tong)過這些(xie)中間點(diǎn)，進而就(jiu)能完成(chéng)整🌐個運(yun)動。

而這(zhe)些中間(jian)點之間(jian)，則通過(guò)線段、圓(yuán)弧或者(zhe)樣條曲(qu)線等來(lai)💋連接🐉。相(xiang)當于用(yòng)數段微(wei)小的線(xiàn)段和圓(yuán)弧去逼(bi)近要求(qiú)的曲線(xian)和曲面(miàn)，這就是(shi)插補的(de)本質。

流(liú)行的插(cha)補算法(fa)包括逐(zhu)點比較(jiao)法、數字(zì)增量法(fǎ)等，而利(lì)用Nurbs樣條(tiao)曲線進(jìn)行插補(bǔ)因為其(qi)效率高(gao)、精度好(hǎo)📧而得到(dào)了⁉️高端(duan)數控機(jī)床的青(qīng)睐。