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(ge)種各樣(yang)的東西(xī)從原材(cai)料變成(cheng)零件再(zài)🥰裝😍配成(chéng)産品。

在(zài)傳統的(de)金屬加(jiā)工領域(yù)，零件的(de)制造就(jiù)是火星(xīng)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(zai)我們見(jian)到之‼️前(qian)，都已📱經(jing)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(shì)機器制(zhi)造的，那(nà)麼機器(qi)又是如(ru)何制造(zào)的☀️呢？原(yuán)來，它是(shi)通過數(shu)控機床(chuáng)完成的(de)。

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

機(jī)床是其(qí)他機器(qi)的“母機(jī)”。

煉鋼廠(chǎng)出産的(de)鋼鐵并(bing)不是我(wǒ)們在生(sheng)活中見(jiàn)到的🚶‍♀️各(ge)種📐奇奇(qi)怪🐕怪的(de)形狀，而(er)是闆材(cái)、管材、鑄(zhu)錠等等(deng)形狀比(bi)較規則(zé)的材料(liao)✏️，這些材(cái)料要加(jiā)工成各(gè)種形狀(zhuàng)的零件(jiàn)就需要(yao)使用機(ji)床進行(hang)切削；還(hái)有一些(xie)精度🌂要(yao)求較高(gāo)和表面(mian)粗糙度(du)要求較(jiao)細的零(ling)件，就要(yào)在機床(chuáng)上用精(jīng)細繁複(fú)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(dòng)力裝置(zhì)、傳動裝(zhuang)🔱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(zhì)帶着被(bei)♈加工的(de)工件或(huo)者刀具(ju)進行相(xiang)對運動(dong)，至于在(zài)哪兒🈚下(xià)刀、切多(duo)少、多快(kuài)速度切(qiē)等等問(wen)題，則由(you)人在加(jia)工過程(cheng)中直接(jiē)進行控(kong)制。

由于(yu)傳統機(jī)床使用(yong)的電機(ji)的轉速(sù)在工作(zuò)時基本(běn)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻上是不(bu)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(fu)雜的傳(chuán)動系統(tong)。這種複(fu)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(diàn)機（伺服(fu)電機就(jiù)是可以(yi)在一定(dìng)範圍内(nei)🛀精确💋控(kong)制電機(ji)的位置(zhi)和轉速(su)的電機(ji)）技術的(de)發✉️展及(jí)🙇‍♀️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(kuài)捷效率(lǜ)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(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(tǒng)。

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

結(jié)構的簡(jiǎn)化還不(bu)夠，要實(shí)現各種(zhǒng)各樣的(de)形狀的(de)零♊件的(de)加🥵工，還(hái)需要讓(rang)機床可(kě)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(ji)床成為(wéi)有“腦子(zǐ)”的數控(kong)機床了(le)。而這個(gè)腦子就(jiu)是數控(kòng)系統，數(shù)控系統(tǒng)的水平(ping)高低決(jue)定了數(shù)控👉機床(chuang)👅能幹多(duo)複🥵雜、多(duō)精密的(de)活兒，也(ye)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(néng)幹嘛？處(chù)理信息(xi)并控制(zhi)動力

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

對(duì)于一般(bān)數控機(jī)床而言(yan)，往往包(bao)含人機(jī)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(deng)等，操作(zuò)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(gong)過程所(suǒ)需的各(ge)種操作(zuò)（如主軸(zhóu)變速✉️等(deng)步驟以(yǐ)及工件(jiàn)的形狀(zhuang)尺寸）用(yong)✏️零件程(chéng)序代碼(ma)表示，并(bìng)通過人(ren)及控制(zhì)界面輸(shū)入到數(shu)控機床(chuáng)，之後由(you)數控系(xì)統對🈲這(zhè)些信息(xi)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(dian)機，實現(xian)刀具與(yǔ)工件的(de)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻相對運(yùn)動，以完(wán)🌍成零件(jian)的加工(gōng)。

數控系(xì)統完成(cheng)諸多信(xin)息的存(cun)儲和處(chu)理的工(gōng)作，并将(jiāng)信息的(de)處理結(jie)果以控(kong)制信号(hao)的形式(shì)傳給後(hòu)續的伺(sì)服電機(ji)，這些控(kòng)制信号(hao)的工作(zuo)效果依(yī)賴于兩(liang)大核心(xīn)技術：一(yi)個是曲(qǔ)線曲面(mian)的插補(bu)運算，一(yī)個是機(ji)床多軸(zhóu)的運動(dòng)控🈲制。

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

如(rú)果運動(dong)軌迹可(ke)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(dú)立運動(dong)的合成(chéng)運動，就(jiu)✌️可以直(zhí)接控制(zhi)電機生(shēng)成了。

但(dan)是制造(zao)過程中(zhōng)很多零(líng)件的形(xing)狀可以(yǐ)說是十(shi)分“自由(yóu)”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(qi)車🌐、輪船(chuán)、飛機🐪、模(mó)具👣、藝術(shù)品等産(chan)品常遇(yu)到不能(neng)用解♋析(xī)式描述(shu)的曲線(xian)曲面⛹🏻‍♀️，這(zhe)類曲線(xian)曲面稱(cheng)為自由(you)曲線🏒（Free Form Curves）或(huò)自由曲(qu)面。

要切(qie)出來這(zhè)些“自由(you)”的形狀(zhuang)，刀具和(he)工件之(zhi)間的相(xiang)對運💔動(dòng)也相應(ying)的十分(fèn)複雜。具(ju)體到操(cāo)作中，就(jiu)是要控(kòng)制工件(jiàn)台、刀具(ju)都按照(zhào)設計好(hao)的位置(zhi)-時間曲(qǔ)線進行(hang)運動，控(kong)制這二(èr)者在規(guī)定的時(shí)間以指(zhi)定的姿(zi)态到達(da)指💰定的(de)位置。

機(jī)床可以(yǐ)在工件(jian)和刀具(ju)之間很(hen)好地完(wán)成直線(xiàn)段♻️、圓弧(hu)或其他(ta)的有解(jiě)析式的(de)樣條曲(qǔ)線的相(xiàng)對運動(dòng)，而這種(zhong)複雜的(de)“自由”運(yun)動又該(gāi)怎麼完(wán)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(guǐ)迹的過(guo)程。根據(jù)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(zhōng)間點，并(bing)控制工(gōng)件台和(he)刀具通(tōng)過這些(xiē)中間點(diǎn)，進而就(jiu)能完成(chéng)整個運(yun)動。

而這(zhe)些中間(jiān)點之間(jian)，則通過(guò)線段、圓(yuán)弧或者(zhě)樣條曲(qǔ)線等來(lái)連接🤞。相(xiang)當于用(yòng)數段微(wēi)小的線(xian)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(zhú)點比較(jiao)法、數字(zi)增量法(fǎ)等♈，而利(li)用Nurbs樣⭐條(tiáo)🚶曲線進(jìn)行插補(bu)因為其(qi)效率高(gao)、精度好(hao)而得到(dào)了高端(duan)數控機(jī)床的青(qing)睐。