一提(tí)到工(gōng)業，最基礎的就是(shì)制造。

所謂制造就是把各種(zhǒng)各樣的東(dōng)西從原材(cái)料變(biàn)成零件再裝配(pèi)成産品(pǐn)。

在(zài)傳統的金(jīn)屬加(jiā)工領(lǐng)域，零件的制造(zào)就是火(huǒ)星四濺(jiàn)的鑄(zhù)鍛焊以及(jí)硬碰硬的車銑(xǐ)刨磨鉗，我(wǒ)們生(shēng)活中(zhōng)見到的任(rèn)何一(yī)個稍微有些形狀的(de)金屬(shǔ)，在我們見(jiàn)到之(zhī)前，都已經在工(gōng)廠經曆了多次(cì)鐵與火的淬煉(liàn)。

既然金屬零件(jiàn)是機(jī)器制造的(de)，那麼機器又是(shì)如何(hé)制造的呢(ne)？原來，它是通過數控機床完成(chéng)的。

（一）從機床到(dào)數控機(jī)床，機器(qì)不再無腦幹活(huó)

機床是其他機(jī)器的“母機”。

煉鋼(gāng)廠出産(chǎn)的鋼鐵并不是我(wǒ)們在(zài)生活(huó)中見到的(de)各種(zhǒng)奇(qí)奇(qí)怪怪的形(xíng)狀(zhuàng)，而是闆材、管材、鑄錠等(děng)等形(xíng)狀比較規(guī)則(zé)的(de)材料(liào)，這些(xiē)材料要加(jiā)工成(chéng)各種形狀的零(líng)件就(jiù)需要使用機床進(jìn)行(háng)切削(xuē)；還有一些精度(dù)要求較高和表(biǎo)面粗糙(cāo)度要求(qiú)較細的零(líng)件，就要在機床上用(yòng)精細繁複(fú)的工(gōng)藝切出來或者(zhě)磨出(chū)來。

和所有的機器一樣，最(zuì)初的(de)機(jī)床(chuáng)包括(kuò)動力裝置、傳動(dòng)裝置和執行(háng)裝(zhuāng)置，靠(kào)電(diàn)機(jī)轉動(dòng)輸入動(dòng)力，通過傳動(dòng)裝置(zhì)帶着(zhe)被加工的(de)工件(jiàn)或者刀具(jù)進(jìn)行(háng)相對運動(dòng)，至于(yú)在哪兒下刀、切(qiē)多少、多快速度切(qiē)等(děng)等(děng)問題，則(zé)由人在加(jiā)工過程中直接進行控制。

由于傳統(tǒng)機床(chuáng)使用的電(diàn)機的轉速在工(gōng)作時(shí)基本上是(shì)不變的，為(wéi)了實(shí)現不同的切削(xuē)速度，傳統的機(jī)床設計了極為(wéi)複雜的傳動(dòng)系統。這種複雜度(dù)的機械在現今(jīn)的設計中(zhōng)已經(jīng)不多見(jiàn)了。

而随(suí)着伺(sì)服電機（伺服電機(jī)就(jiù)是可以在(zài)一定範圍(wéi)内精确控制電(diàn)機的位置和轉(zhuǎn)速的(de)電機(jī)）技(jì)術的發(fā)展及其在數控機(jī)床(chuáng)上的應用(yòng)，直(zhí)接控制(zhì)電機的轉(zhuǎn)速變(biàn)得方便快捷效(xiào)率高(gāo)，而且(qiě)基本(běn)上是(shì)無(wú)級變速(sù)，傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構大大簡化，甚(shèn)至出現了很多環節(jiē)電機直接(jiē)連接到(dào)執(zhí)行機(jī)構上(shàng)，而省略了(le)傳(chuán)動系統。

這種(zhǒng)“直接驅動”的模(mó)式是現在(zài)機械設計(jì)領域的一(yī)大趨(qū)勢。

結(jié)構的簡化(huà)還(hái)不(bú)夠，要(yào)實現(xiàn)各種各樣的形狀的(de)零件(jiàn)的加(jiā)工(gōng)，還需要(yào)讓機床可以高(gāo)效、準确的控制(zhì)多台電機合作(zuò)完成(chéng)整個(gè)加工(gōng)過程。

這就要讓(ràng)機床(chuáng)成為(wéi)有“腦(nǎo)子”的數(shù)控機床(chuáng)了。而這個腦子就是數控系統(tǒng)，數控(kòng)系統(tǒng)的水(shuǐ)平高(gāo)低決定了(le)數控機床能幹(gàn)多複雜、多(duō)精密的活兒，也(yě)決定(dìng)了這台(tái)機床和(hé)他的操(cāo)作者的(de)身價。

（二）數(shù)控系(xì)統能幹嘛？處理信息(xī)并控制動(dòng)力

數控系(xì)統（numerical controller system）是數控機床(chuáng)的大(dà)腦(nǎo)。

對于一般數控機(jī)床而(ér)言，往(wǎng)往(wǎng)包含人(rén)機控(kòng)制界(jiè)面、數控系(xì)統、伺服驅(qū)動裝置、機床、檢(jiǎn)測裝(zhuāng)置等等，操(cāo)作人員在一些計算(suàn)機輔助制(zhì)造軟件的(de)幫助(zhù)下，将加工(gōng)過程(chéng)所需的各種操(cāo)作（如主(zhǔ)軸變速(sù)等步(bù)驟以及工件的形狀(zhuàng)尺寸(cùn)）用零(líng)件程序代(dài)碼表(biǎo)示，并(bìng)通過(guò)人及控制(zhì)界面(miàn)輸入(rù)到數控機(jī)床，之後由數控系統(tǒng)對這些信(xìn)息進行(háng)處(chù)理和(hé)運算(suàn)，并按零件(jiàn)程序的要(yào)求控(kòng)制伺(sì)服電(diàn)機，實(shí)現刀具與(yǔ)工件的相對(duì)運(yùn)動，以完成零(líng)件的加(jiā)工。

數控(kòng)系統完(wán)成諸多(duō)信(xìn)息的(de)存儲和(hé)處理(lǐ)的工作(zuò)，并将信息(xī)的處理結果以(yǐ)控制信号的形式(shì)傳給後續的(de)伺服電機(jī)，這些(xiē)控制(zhì)信号的工(gōng)作效果(guǒ)依賴于(yú)兩大(dà)核心技術(shù)：一個是曲線曲(qǔ)面的(de)插補運算，一個是(shì)機床多軸的運動控制。

（三）零件形(xíng)狀太(tài)“自(zì)由”？靠插(chā)補運(yùn)算搞(gǎo)定

如果(guǒ)運(yùn)動軌迹可(kě)以用(yòng)解析(xī)式表(biǎo)達，則整個(gè)運動就可(kě)以分解為(wéi)幾個(gè)坐标(biāo)的獨立運(yùn)動的合成(chéng)運動(dòng)，就可(kě)以直(zhí)接控(kòng)制電(diàn)機生(shēng)成了(le)。

但是(shì)制造過程(chéng)中很多零(líng)件的(de)形狀(zhuàng)可以(yǐ)說是(shì)十分“自由”的，既(jì)不圓(yuán)、也不(bú)方，甚至都不知道是(shì)什麼(me)形狀，例(lì)如(rú)汽車、輪船、飛機(jī)、模具、藝術(shù)品等(děng)産品常遇到不(bú)能用(yòng)解析式描(miáo)述的曲線曲面，這類曲線(xiàn)曲面(miàn)稱為自由(yóu)曲線（free form curves）或自(zì)由(yóu)曲面。

要(yào)切(qiē)出來這些“自(zì)由”的形狀，刀具(jù)和工件之間的(de)相對運(yùn)動(dòng)也相(xiàng)應的十分複雜(zá)。具體(tǐ)到操作中(zhōng)，就是要控(kòng)制工(gōng)件台、刀具(jù)都按(àn)照設計好的位(wèi)置-時間曲線進(jìn)行運動，控制這(zhè)二者在規定的(de)時間以(yǐ)指(zhǐ)定的(de)姿态到達指定的位(wèi)置。

機(jī)床可(kě)以在(zài)工(gōng)件和刀(dāo)具之間很(hěn)好(hǎo)地完成(chéng)直(zhí)線段、圓弧或其他(tā)的有(yǒu)解析(xī)式的樣條(tiáo)曲線的相對運動，而這種複雜(zá)的“自(zì)由”運(yùn)動又該怎麼完成呢？答案是(shì)依靠插補運(yùn)算。

所(suǒ)謂插(chā)補，就是按(àn)照一(yī)定方法确(què)定數(shù)控機(jī)床(chuáng)上(shàng)刀具(jù)的運(yùn)動軌(guǐ)迹的(de)過程。根(gēn)據給定(dìng)的速(sù)度和軌迹，在軌迹的已知點之間，增加一(yī)些新的中間點(diǎn)，并控(kòng)制工件台(tái)和刀具通(tōng)過這些中間點(diǎn)，進而(ér)就能(néng)完(wán)成整個(gè)運動(dòng)。

而(ér)這些中(zhōng)間點(diǎn)之間，則通(tōng)過線段、圓弧或者樣條曲(qǔ)線等(děng)來連(lián)接。相當于(yú)用數段微小的(de)線(xiàn)段和圓弧去(qù)逼近要(yào)求的曲(qǔ)線和曲面(miàn)，這就是插補(bǔ)的本質(zhì)。

流行(háng)的(de)插補算(suàn)法包括逐(zhú)點比較法(fǎ)、數(shù)字(zì)增量法等，而利(lì)用nurbs樣條曲(qǔ)線(xiàn)進行插(chā)補因為其效率高(gāo)、精度(dù)好而得(dé)到了高端數(shù)控(kòng)機床的青睐。