一(yī)提到工業，最(zuì)基礎(chǔ)的就(jiù)是(shì)制造。

所(suǒ)謂制造就是把各種各(gè)樣的東(dōng)西從原材(cái)料變(biàn)成零件(jiàn)再(zài)裝配(pèi)成産品(pǐn)。

在傳統的金(jīn)屬加(jiā)工領(lǐng)域(yù)，零件的制造(zào)就是火星四濺(jiàn)的鑄鍛(duàn)焊以及(jí)硬碰硬的車銑(xǐ)刨磨(mó)鉗，我們生(shēng)活中(zhōng)見到(dào)的任(rèn)何一個稍微(wēi)有(yǒu)些形(xíng)狀的(de)金屬，在我(wǒ)們(men)見(jiàn)到之(zhī)前，都(dōu)已經在工(gōng)廠經曆了多次(cì)鐵與火的淬(cuì)煉。

既然(rán)金屬(shǔ)零件(jiàn)是機器制造的(de)，那麼(me)機器(qì)又是(shì)如(rú)何制造的呢(ne)？原來(lái)，它(tā)是(shì)通過(guò)數控(kòng)機床(chuáng)完成(chéng)的。

（一）從(cóng)機床到(dào)數控(kòng)機床，機器(qì)不再無腦(nǎo)幹活

機床(chuáng)是其他機(jī)器的“母(mǔ)機(jī)”。

煉鋼(gāng)廠出産的鋼鐵(tiě)并不(bú)是我們在(zài)生活中見到的(de)各種奇(qí)奇怪(guài)怪(guài)的形狀，而是闆(pǎn)材、管材、鑄錠等(děng)等形(xíng)狀比較規(guī)則(zé)的材料，這些材料要加工成(chéng)各種形(xíng)狀(zhuàng)的零(líng)件就需要使用(yòng)機床(chuáng)進行切削；還有一些(xiē)精度(dù)要求較高和(hé)表(biǎo)面粗糙度(dù)要求較細的零件，就(jiù)要在(zài)機床上用精細繁複(fú)的工(gōng)藝切出來或者(zhě)磨出來。

和(hé)所有(yǒu)的機器一樣，最(zuì)初的機床包括動(dòng)力(lì)裝置(zhì)、傳動(dòng)裝置(zhì)和(hé)執(zhí)行裝(zhuāng)置，靠電機(jī)轉動(dòng)輸入動力，通過(guò)傳動裝置帶着(zhe)被加工的(de)工件或者(zhě)刀具(jù)進行相對運動(dòng)，至于在哪(nǎ)兒(ér)下刀、切(qiē)多少、多快速度(dù)切(qiē)等等問題，則(zé)由人在加工過(guò)程中(zhōng)直接進行(háng)控制。

由于傳統機床(chuáng)使用的電(diàn)機(jī)的轉速在工(gōng)作時基本上是(shì)不變的，為(wéi)了實(shí)現不同(tóng)的切削(xuē)速度，傳(chuán)統的機(jī)床設計(jì)了(le)極為(wéi)複雜的傳(chuán)動系(xì)統。這種複雜度(dù)的機(jī)械在現今的設計中已經(jīng)不多見了。

而随着伺服電機(jī)（伺(sì)服電(diàn)機就(jiù)是可(kě)以在一定(dìng)範圍(wéi)内精(jīng)确控(kòng)制電(diàn)機的(de)位置和轉(zhuǎn)速的(de)電(diàn)機(jī)）技術(shù)的發展及其在(zài)數控機床上的(de)應用，直接控制電(diàn)機(jī)的(de)轉速變得方(fāng)便快捷效(xiào)率高，而(ér)且基本(běn)上是無級變速(sù)，傳動系統的結(jié)構大大簡化，甚(shèn)至出(chū)現了很多環節電機(jī)直接(jiē)連接到執行機構上，而省略了傳動系統(tǒng)。

這種(zhǒng)“直接驅動(dòng)”的(de)模(mó)式是現在(zài)機械設計(jì)領域的一(yī)大趨勢。

結構的(de)簡化還不(bú)夠，要(yào)實現(xiàn)各種各樣的形狀的零件(jiàn)的加工(gōng)，還需要(yào)讓機(jī)床可以高(gāo)效(xiào)、準确的控制(zhì)多台電機合(hé)作(zuò)完成整(zhěng)個(gè)加工(gōng)過程。

這就要讓(ràng)機床(chuáng)成為有“腦(nǎo)子”的數(shù)控機床(chuáng)了。而這(zhè)個腦子(zǐ)就是(shì)數控系統(tǒng)，數控系統的水(shuǐ)平高低決(jué)定了(le)數控(kòng)機(jī)床能幹(gàn)多複(fú)雜、多精密(mì)的活兒，也決定了這(zhè)台機床和(hé)他的操作者的身價。

（二）數(shù)控系統能幹嘛(ma)？處理信(xìn)息并控制動(dòng)力

數控系(xì)統（numerical controller system）是數控機床(chuáng)的大腦。

對于一(yī)般數控(kòng)機(jī)床而言，往往包含人(rén)機控(kòng)制界面、數控(kòng)系統、伺服驅(qū)動裝置、機床、檢測裝置等(děng)等，操作人員(yuán)在(zài)一些計算(suàn)機(jī)輔助制造軟件(jiàn)的(de)幫助(zhù)下，将加工過程(chéng)所需的各(gè)種操(cāo)作（如主軸變速等步驟(zhòu)以(yǐ)及工(gōng)件的形狀尺寸(cùn)）用零(líng)件(jiàn)程(chéng)序代(dài)碼表示(shì)，并通過(guò)人及控制界面(miàn)輸入(rù)到(dào)數控機(jī)床，之(zhī)後由(yóu)數控(kòng)系統(tǒng)對(duì)這些信(xìn)息進(jìn)行處(chù)理和(hé)運算，并(bìng)按(àn)零件(jiàn)程序(xù)的(de)要(yào)求控(kòng)制(zhì)伺服電機，實(shí)現刀(dāo)具(jù)與(yǔ)工件的相對運動，以(yǐ)完成零(líng)件(jiàn)的加(jiā)工。

數(shù)控系統完(wán)成諸(zhū)多信息的(de)存儲(chǔ)和處(chù)理的(de)工作，并将(jiāng)信息的處理結果以(yǐ)控制信号(hào)的形(xíng)式傳給(gěi)後續的(de)伺服(fú)電(diàn)機，這些(xiē)控制信(xìn)号的工(gōng)作效果依賴于兩大(dà)核(hé)心技術(shù)：一個是曲線曲(qǔ)面的(de)插(chā)補運算(suàn)，一個是(shì)機床多(duō)軸的運動控制(zhì)。

（三）零件(jiàn)形(xíng)狀太“自由”？靠插補運(yùn)算搞定

如果運動軌(guǐ)迹可以用(yòng)解析式(shì)表達，則整個(gè)運動就可(kě)以分解為幾個(gè)坐标的獨立運(yùn)動的合成(chéng)運動(dòng)，就可以直接控(kòng)制電機(jī)生(shēng)成了(le)。

但(dàn)是制造過程(chéng)中很多零(líng)件的(de)形狀可(kě)以(yǐ)說是(shì)十分(fèn)“自(zì)由”的，既(jì)不圓(yuán)、也(yě)不方，甚(shèn)至都(dōu)不知(zhī)道是(shì)什麼(me)形(xíng)狀，例如汽車、輪(lún)船(chuán)、飛機(jī)、模具、藝術品等産品常遇到不(bú)能用解(jiě)析式描(miáo)述的曲線(xiàn)曲面(miàn)，這類曲線曲面(miàn)稱為自由(yóu)曲線（free form curves）或自(zì)由曲面。

要(yào)切出來這些“自由”的形(xíng)狀，刀具和工(gōng)件之(zhī)間的(de)相對運(yùn)動也相(xiàng)應的十分複雜(zá)。具體到操作中(zhōng)，就是要控(kòng)制工件台(tái)、刀具都按(àn)照設計好的位(wèi)置-時(shí)間曲線進(jìn)行(háng)運動(dòng)，控制這(zhè)二者在規定的(de)時間(jiān)以指定的(de)姿态到(dào)達(dá)指定(dìng)的位置。

機床可(kě)以在工件和刀(dāo)具之間很好地(dì)完成直線(xiàn)段、圓(yuán)弧或其(qí)他(tā)的有解析(xī)式的(de)樣條(tiáo)曲線的相對運(yùn)動，而這種複雜(zá)的“自由”運動又(yòu)該怎麼(me)完(wán)成呢(ne)？答案(àn)是依靠插補(bǔ)運(yùn)算(suàn)。

所謂插(chā)補，就是按(àn)照一(yī)定方(fāng)法确定數控機床上刀具(jù)的運(yùn)動(dòng)軌迹的過程(chéng)。根據(jù)給定(dìng)的速(sù)度和(hé)軌迹(jì)，在軌迹的(de)已知點之(zhī)間(jiān)，增(zēng)加一(yī)些新的中間點(diǎn)，并控(kòng)制(zhì)工(gōng)件台(tái)和刀(dāo)具通(tōng)過這(zhè)些中(zhōng)間點(diǎn)，進而(ér)就能完(wán)成整個運動。

而這些中(zhōng)間點之間(jiān)，則通過線(xiàn)段、圓弧(hú)或者樣條曲(qǔ)線等(děng)來連接。相當于用數(shù)段微(wēi)小的線段和圓弧去(qù)逼近要求(qiú)的曲(qǔ)線和曲(qǔ)面，這就(jiù)是插補的本質。

流行(háng)的(de)插補算法包(bāo)括逐(zhú)點比較法(fǎ)、數字增量(liàng)法等，而利用nurbs樣條曲線進行插(chā)補因(yīn)為(wéi)其(qí)效率(lǜ)高(gāo)、精度好而得(dé)到了高端數控機床(chuáng)的青(qīng)睐。