一提(ti)到工業，最(zui)基礎的就(jiu)是制造。

所(suo)謂制造就(jiu)是把各種(zhong)各樣的東(dong)西從原材(cai)料變成零(ling)件再裝配(pei)成産品。

在(zai)傳統的金(jin)屬加工領(ling)域，零件的(de)制造就是(shi)火星四濺(jian)的☠️鑄鍛焊(han)ˇ以及硬碰(peng)硬的車銑(xi)刨磨鉗，我(wo)們生活😍中(zhong)見到的任(ren)何一個🚶🏾‍♀️‍➡️稍(shao)微有些形(xing)狀的金屬(shu)，在我們見(jian)到之前，都(dou)已經在工(gong)廠經曆了(le)多次鐵與(yu)火的淬煉(lian)。

既然金屬(shu)零件是機(ji)器制造的(de)，那麼機器(qi)又是如何(he)制造😸的呢(ne)？原來，它是(shi)通過數控(kong)機床完成(cheng)的。

（一）從機(ji)床到數控(kong)機床，機器(qi)不再無腦(nao)幹活

機床(chuang)是其他機(ji)器的“母機(ji)”。

煉鋼廠出(chu)産的鋼鐵(tie)并不是我(wo)們在生活(huo)中見到的(de)😝各種奇奇(qi)👨🏻‍🏭怪怪的形(xing)狀，而是闆(pan)材、管材、鑄(zhu)錠等等形(xing)狀比較規(gui)😁則的材料(liao)，這些材料(liao)要加工成(cheng)各種形狀(zhuang)的零件就(jiu)需要🙂‍↕️使用(yong)機床進行(hang)切削；還有(you)一些精度(du)要求較高(gao)和表面粗(cu)🧛🏽糙度要求(qiu)較細的零(ling)🤶🏾件，就要在(zai)機床上用(yong)精細繁複(fu)的工藝切(qie)出來或👻者(zhe)磨出來。

和(he)所有的機(ji)器一樣，最(zui)初的機床(chuang)包括動力(li)裝置、傳動(dong)😥裝置和執(zhi)行裝置，靠(kao)電機轉動(dong)輸入動力(li)，通過傳🤑動(dong)裝置帶😌着(zhe)被加工的(de)工件或者(zhe)刀具進行(hang)相對運動(dong)，至于在哪(na)兒下刀、切(qie)多少、多快(kuai)速度切等(deng)等問題，則(ze)由人在加(jia)工過程中(zhong)直接進行(hang)控制。

由于(yu)傳統機床(chuang)使用的電(dian)機的轉速(su)在工作時(shi)基本上🧛🏾‍♀️是(shi)不🚶🏾‍♀️‍➡️變的😁，為(wei)了實現不(bu)同的切削(xue)速度，傳統(tong)的機床設(she)🏃🏻‍♀️計了極為(wei)複雜^的傳(chuan)🏃🏻‍♀️動系統。這(zhe)種複雜度(du)的機械在(zai)現今的設(she)計中已經(jing)不多🛀🏼見了(le)。

而随着伺(si)服電機（伺(si)服電機就(jiu)是可以在(zai)一定範圍(wei)内精确控(kong)制電機的(de)位置和轉(zhuan)速的電機(ji)）技術的發(fa)展及其在(zai)數控機床(chuang)上的應用(yong)，直接控制(zhi)電機的轉(zhuan)速變得方(fang)便快捷效(xiao)率高，而且(qie)基本上是(shi)無級變速(su)，傳動系統(tong)的結構大(da)大簡化，甚(shen)至出現了(le)很多環節(jie)電機直接(jie)連接到執(zhi)行機構上(shang)，而省略了(le)傳動系統(tong)。

這種“直接(jie)驅動”的模(mo)式是現在(zai)機械設計(ji)領域的一(yi)大趨💑🏾勢。

結(jie)構的簡化(hua)還不夠，要(yao)實現各種(zhong)各樣的形(xing)狀的零件(jian)的加工，還(hai)需要讓機(ji)床可以高(gao)效、準确的(de)控制多🛌🏻台(tai)電機合😁作(zuo)完成整個(ge)加工過程(cheng)。

這就要讓(rang)機床成為(wei)有“腦子”的(de)數控機床(chuang)了。而這個(ge)腦子就是(shi)😺數控系統(tong)，數控系統(tong)的水平高(gao)低決定了(le)數控機床(chuang)能幹多複(fu)😌雜、多精密(mi)的活兒，也(ye)決定了這(zhe)台機床和(he)他的操作(zuo)者的身價(jia)。

（二）數控系(xi)統能幹嘛(ma)？處理信息(xi)并控制動(dong)力

數控系(xi)統（Numerical Controller System）是數控(kong)機床的大(da)腦。

對于一(yi)般數控機(ji)床而言，往(wang)往包含人(ren)機控制界(jie)面、數控系(xi)統👯🏾‍♂️、伺💫服驅(qu)動裝置、機(ji)床、檢測裝(zhuang)置等等，操(cao)作💑🏾人員在(zai)一些計算(suan)機輔助💑🏾制(zhi)造軟件的(de)幫助下，将(jiang)加工過程(cheng)🥑️所需的各(ge)種操作（如(ru)主軸變速(su)等步驟以(yi)及工件的(de)形狀尺寸(cun)）用零件程(cheng)序代碼表(biao)示💁🏼‍♀️，并通過(guo)人👯🏾‍♂️及控制(zhi)界面輸入(ru)到數控機(ji)床，之後由(you)數控系統(tong)對這些信(xin)息進💁🏼‍♀️行處(chu)理和運算(suan)，并按零件(jian)程序的要(yao)求✋控制伺(si)服電機，實(shi)現刀具與(yu)工件的相(xiang)對運動，以(yi)完成零件(jian)的加工。

數(shu)控系統完(wan)成諸多信(xin)息的存儲(chu)和處理的(de)工作，并将(jiang)信息的👨‍🦰處(chu)理結果以(yi)控制信号(hao)的形式傳(chuan)給後續的(de)伺服電機(ji)，這些控制(zhi)信号的工(gong)作效果依(yi)賴于兩👩🏽‍🐰‍👩🏿大(da)核心技術(shu)：一個是曲(qu)👯🏾‍♂️線曲面的(de)插補運算(suan)，一個是😥機(ji)床多軸的(de)運動控制(zhi)。

（三）零件形(xing)狀太“自由(you)”？靠插補運(yun)算搞定

如(ru)果運動軌(gui)迹可以用(yong)解析式表(biao)達，則整個(ge)運動就可(ke)👱🏼‍♂️以分解為(wei)💘幾個坐标(biao)的獨立運(yun)動的合成(cheng)運動，就可(ke)以直接控(kong)制電機生(sheng)成了。

但是(shi)制造過程(cheng)中很多零(ling)件的形狀(zhuang)可以說是(shi)十分“自💔由(you)”的，既不圓(yuan)、也不方，甚(shen)至都不知(zhi)道是什麼(me)形狀，例如(ru)😗汽車、輪船(chuan)、飛機、模具(ju)、藝術品等(deng)産品常遇(yu)到不能用(yong)解析式描(miao)述的曲線(xian)曲面，這類(lei)曲👯🏾‍♂️線曲面(mian)稱為自由(you)曲線（Free Form Curves）或自(zi)由曲面。

要(yao)切出來這(zhe)些“自由”的(de)形狀，刀具(ju)和工件之(zhi)間的相👿對(dui)運動也相(xiang)應的十分(fen)複雜。具體(ti)到操作中(zhong)，就是要控(kong)制工件台(tai)、刀具都按(an)照設計好(hao)的位置-時(shi)間曲線進(jin)行運動，控(kong)制這二者(zhe)👱🏼‍♂️在規定的(de)時間以指(zhi)定的姿态(tai)到達指定(ding)的位置。

機(ji)床可以在(zai)工件和刀(dao)具之間很(hen)好地完成(cheng)直線段😝、圓(yuan)弧或👨🏻‍🏭其他(ta)的有解析(xi)式的樣條(tiao)曲線的相(xiang)對運動，而(er)這種複ˇ雜(za)的“自由”運(yun)動👀又該怎(zen)麼完成呢(ne)？答案是依(yi)靠插補運(yun)算。

所謂插(cha)補，就是按(an)照一定方(fang)法确定數(shu)控機床上(shang)刀具的運(yun)動軌迹的(de)過程。根據(ju)給定的速(su)度和軌迹(ji)，在軌迹👩🏿‍❤️‍💋‍👨🏽的(de)已🧑🏻‍❤️‍🧑🏼知點✋之(zhi)間，增加一(yi)些新的中(zhong)間點，并控(kong)制工件台(tai)和刀具…通(tong)過這些中(zhong)間點，進而(er)就能完成(cheng)整個運動(dong)。

而這些中(zhong)間點之間(jian)，則通過線(xian)段、圓弧或(huo)者樣條曲(qu)線等來連(lian)接。相當于(yu)用數段微(wei)小的線段(duan)和圓弧去(qu)💘逼近要求(qiu)的曲🎅🏿線和(he)🏊🏾‍♀️曲面，這就(jiu)是插補的(de)本質。

流行(hang)的插補算(suan)法包括逐(zhu)點比較法(fa)、數字增量(liang)法等，而利(li)用…Nurbs樣條曲(qu)線進行插(cha)補因為其(qi)效率高、精(jing)度好而得(de)到了🎅🏿高端(duan)數控機床(chuang)的青睐。