一提(ti)到工(gong)業，最(zui)基礎(chu)的就(jiu)是制(zhi)造。

所(suo)謂制(zhi)造就(jiu)是把(ba)各種(zhong)各樣(yang)的東(dong)西從(cong)原材(cai)料變(bian)成👌零(ling)件~再(zai)裝配(pei)成産(chan)品。

在(zai)傳統(tong)的金(jin)屬加(jia)工領(ling)域，零(ling)件的(de)制造(zao)就是(shi)火星(xing)四濺(jian)的鑄(zhu)鍛焊(han)以及(ji)硬碰(peng)硬的(de)車銑(xi)刨磨(mo)鉗，我(wo)們生(sheng)活中(zhong)見👯🏾‍♂️到(dao)的任(ren)何一(yi)個稍(shao)微有(you)些形(xing)狀的(de)金屬(shu)，在我(wo)們👿見(jian)到之(zhi)前，都(dou)已經(jing)在工(gong)廠經(jing)曆了(le)多次(ci)鐵與(yu)火的(de)淬煉(lian)。

既然(ran)金屬(shu)零件(jian)是機(ji)器制(zhi)造的(de)，那麼(me)機器(qi)又是(shi)如何(he)制造(zao)的呢(ne)？原💘來(lai)，它是(shi)通過(guo)數控(kong)機床(chuang)完成(cheng)的。

（一(yi)）從機(ji)床到(dao)數控(kong)機床(chuang)，機器(qi)不再(zai)無腦(nao)幹活(huo)

機床(chuang)是其(qi)他機(ji)器的(de)“母機(ji)”。

煉鋼(gang)廠出(chu)産的(de)鋼鐵(tie)并不(bu)是我(wo)們在(zai)生活(huo)中見(jian)到的(de)各💁🏼‍♀️種(zhong)奇奇(qi)怪怪(guai)的形(xing)狀，而(er)是闆(pan)材、管(guan)材、鑄(zhu)錠等(deng)等形(xing)狀比(bi)較規(gui)則的(de)材料(liao)，這些(xie)材料(liao)要加(jia)工成(cheng)各種(zhong)形狀(zhuang)🥑️的零(ling)件就(jiu)需要(yao)使用(yong)機🙂‍↔️床(chuang)進行(hang)切削(xue)；還💁🏼‍♀️有(you)一些(xie)精度(du)🧑🏽‍❤️‍💋‍🧑🏻要求(qiu)較高(gao)和表(biao)面粗(cu)糙度(du)要求(qiu)較細(xi)的零(ling)件，就(jiu)要在(zai)機床(chuang)上用(yong)精細(xi)繁複(fu)的工(gong)😈藝切(qie)出來(lai)或者(zhe)磨出(chu)來。

和(he)所有(you)的機(ji)器一(yi)樣，最(zui)初的(de)機床(chuang)包括(kuo)動力(li)裝置(zhi)、傳動(dong)裝置(zhi)和👨🏻‍🏭執(zhi)行裝(zhuang)置，靠(kao)電機(ji)轉動(dong)輸入(ru)動力(li)，通過(guo)傳動(dong)裝置(zhi)帶着(zhe)被加(jia)工的(de)工件(jian)或者(zhe)刀具(ju)進行(hang)相對(dui)運動(dong)，至于(yu)在哪(na)兒下(xia)刀、切(qie)多少(shao)、多快(kuai)速度(du)…切等(deng)等問(wen)題，則(ze)由人(ren)在加(jia)工過(guo)程中(zhong)直接(jie)進🥑️行(hang)控制(zhi)。

由于(yu)傳統(tong)機床(chuang)使用(yong)的電(dian)機的(de)轉速(su)在工(gong)作時(shi)基本(ben)上是(shi)不變(bian)的🥑️，為(wei)了實(shi)現不(bu)同的(de)切削(xue)速度(du)，傳統(tong)的機(ji)床設(she)計了(le)極為(wei)複雜(za)🧑🏽‍❤️‍💋‍🧑🏻的傳(chuan)動系(xi)統。這(zhe)種複(fu)雜度(du)的機(ji)械在(zai)現今(jin)的設(she)計中(zhong)已經(jing)不多(duo)見了(le)。

而随(sui)着伺(si)服電(dian)機（伺(si)服電(dian)機就(jiu)是可(ke)以在(zai)一定(ding)範圍(wei)内精(jing)确控(kong)制電(dian)機的(de)位置(zhi)和轉(zhuan)速的(de)電機(ji)）技術(shu)的發(fa)展及(ji)其在(zai)數控(kong)機床(chuang)上的(de)應用(yong)，直接(jie)控制(zhi)電機(ji)的轉(zhuan)速變(bian)得方(fang)便快(kuai)捷效(xiao)率高(gao)，而且(qie)基本(ben)上是(shi)無級(ji)變速(su)，傳動(dong)系統(tong)的結(jie)構大(da)大簡(jian)化，甚(shen)🧜🏼‍♀️至出(chu)現了(le)很多(duo)環節(jie)電機(ji)直接(jie)連接(jie)到執(zhi)行機(ji)構上(shang)，而省(sheng)略🙉了(le)傳動(dong)系統(tong)。

這種(zhong)“直接(jie)驅動(dong)”的模(mo)式是(shi)現在(zai)機械(xie)設計(ji)領域(yu)的一(yi)大趨(qu)勢。

結(jie)構的(de)簡化(hua)還不(bu)夠，要(yao)實現(xian)各種(zhong)各樣(yang)的形(xing)狀的(de)零件(jian)的加(jia)工，還(hai)🙂‍↕️需要(yao)讓機(ji)床可(ke)以高(gao)效、準(zhun)确的(de)控制(zhi)多台(tai)電機(ji)合作(zuo)完成(cheng)整個(ge)加工(gong)過程(cheng)。

這就(jiu)要讓(rang)機床(chuang)成為(wei)有“腦(nao)子”的(de)數控(kong)機床(chuang)了。而(er)這個(ge)腦子(zi)就是(shi)數控(kong)系統(tong)，數控(kong)系統(tong)的水(shui)平高(gao)低決(jue)定了(le)數控(kong)機床(chuang)✍🏻能幹(gan)多複(fu)雜、多(duo)精密(mi)的活(huo)兒，也(ye)決定(ding)了這(zhe)台機(ji)床和(he)他的(de)🧑🏻‍❤️‍🧑🏼操作(zuo)者的(de)身價(jia)。

（二）數(shu)控系(xi)統能(neng)幹嘛(ma)？處理(li)信息(xi)并控(kong)制動(dong)力

數(shu)控系(xi)統（Numerical Controller System）是(shi)數控(kong)機床(chuang)的大(da)腦。

對(dui)于一(yi)般數(shu)控機(ji)床而(er)言，往(wang)往包(bao)含人(ren)機控(kong)制界(jie)面、數(shu)控系(xi)統😮‍💨、伺(si)服驅(qu)動裝(zhuang)置、機(ji)床、檢(jian)測裝(zhuang)置等(deng)等，操(cao)作🥑️人(ren)員在(zai)一些(xie)計算(suan)機~輔(fu)助制(zhi)造軟(ruan)件的(de)幫助(zhu)下，将(jiang)加工(gong)過程(cheng)所需(xu)的各(ge)種操(cao)作（如(ru)主軸(zhou)變速(su)💘等步(bu)驟以(yi)及🙂‍↔️工(gong)件的(de)形狀(zhuang)尺寸(cun)）用🤶🏾零(ling)件程(cheng)序代(dai)碼表(biao)示，并(bing)通過(guo)人及(ji)控制(zhi)界面(mian)輸入(ru)到數(shu)控👩🏼‍❤️‍👨🏾機(ji)床，之(zhi)後由(you)數控(kong)系統(tong)對這(zhe)些信(xin)息進(jin)🧑🏻‍❤️‍🧑🏼行處(chu)理和(he)運算(suan)，并按(an)零件(jian)程序(xu)的要(yao)求控(kong)制伺(si)服電(dian)機，實(shi)現刀(dao)具與(yu)工件(jian)的相(xiang)對運(yun)動，以(yi)完成(cheng)零件(jian)的加(jia)工。

數(shu)控系(xi)統完(wan)成諸(zhu)多信(xin)息的(de)存儲(chu)和處(chu)理的(de)工作(zuo)，并将(jiang)🏃🏻‍♀️信息(xi)🚶🏾‍♀️‍➡️的👽處(chu)理結(jie)果以(yi)控制(zhi)信号(hao)的形(xing)式傳(chuan)給後(hou)續的(de)伺🧜🏼‍♀️服(fu)電⛹🏻‍♂️機(ji)，這些(xie)控制(zhi)信号(hao)的工(gong)作效(xiao)果依(yi)賴于(yu)兩大(da)核心(xin)🛀🏼技術(shu)：一個(ge)是曲(qu)線曲(qu)面的(de)插補(bu)⛹🏻‍♂️運算(suan)，一個(ge)是機(ji)床多(duo)軸的(de)運動(dong)控制(zhi)。

（三）零(ling)件形(xing)狀太(tai)“自由(you)”？靠插(cha)補運(yun)算搞(gao)定

如(ru)果運(yun)動軌(gui)迹可(ke)以用(yong)解析(xi)式表(biao)達，則(ze)整個(ge)運動(dong)就可(ke)以分(fen)解為(wei)幾個(ge)坐标(biao)的獨(du)立運(yun)動的(de)合成(cheng)運動(dong)，就可(ke)以直(zhi)接控(kong)制電(dian)機生(sheng)成了(le)。

但是(shi)制造(zao)過程(cheng)中很(hen)多零(ling)件的(de)形狀(zhuang)可以(yi)說是(shi)十分(fen)“自由(you)”的👻，既(ji)不ˇ圓(yuan)、也不(bu)方，甚(shen)至都(dou)不知(zhi)道是(shi)什麼(me)形狀(zhuang)，例如(ru)汽車(che)、輪船(chuan)、飛機(ji)、模具(ju)💁🏼‍♀️、藝術(shu)品等(deng)産品(pin)常遇(yu)到不(bu)能用(yong)解析(xi)式描(miao)述的(de)曲線(xian)曲面(mian)，這類(lei)曲線(xian)曲面(mian)稱為(wei)自由(you)曲線(xian)（Free Form Curves）或自(zi)由曲(qu)面。

要(yao)切出(chu)來這(zhe)些“自(zi)由”的(de)形狀(zhuang)，刀具(ju)和工(gong)件之(zhi)間的(de)相對(dui)運動(dong)也相(xiang)應的(de)十分(fen)複雜(za)。具體(ti)到操(cao)作中(zhong)，就是(shi)要控(kong)制💫工(gong)件台(tai)、刀具(ju)都按(an)照設(she)計好(hao)的位(wei)置-時(shi)間曲(qu)線^進(jin)行運(yun)動，控(kong)制這(zhe)二者(zhe)在規(gui)定的(de)時間(jian)以指(zhi)定的(de)姿态(tai)到達(da)指定(ding)的位(wei)置。

機(ji)床可(ke)以在(zai)工件(jian)和刀(dao)具之(zhi)間很(hen)好地(di)完成(cheng)直線(xian)段、圓(yuan)弧或(huo)其他(ta)的有(you)解析(xi)式的(de)樣條(tiao)曲線(xian)的相(xiang)對運(yun)動，而(er)這種(zhong)複雜(za)的“自(zi)由😈”運(yun)動又(you)該怎(zen)麼完(wan)成呢(ne)？答案(an)是依(yi)靠插(cha)補運(yun)算。

所(suo)謂插(cha)補，就(jiu)是按(an)照一(yi)定方(fang)法确(que)定數(shu)控機(ji)床上(shang)刀具(ju)的運(yun)動軌(gui)㊙️迹的(de)過程(cheng)。根據(ju)給定(ding)的速(su)度和(he)軌迹(ji)，在軌(gui)迹…的(de)已知(zhi)點之(zhi)間，增(zeng)加一(yi)些新(xin)的中(zhong)間點(dian)，并控(kong)制工(gong)件台(tai)和刀(dao)具通(tong)過這(zhe)些中(zhong)間點(dian)，進而(er)就能(neng)完成(cheng)整個(ge)運動(dong)。

而這(zhe)些中(zhong)間點(dian)之間(jian)，則通(tong)過線(xian)段、圓(yuan)弧或(huo)者樣(yang)條曲(qu)線等(deng)來㊙️連(lian)接。相(xiang)當于(yu)用數(shu)段微(wei)小的(de)線段(duan)和圓(yuan)弧去(qu)逼近(jin)要求(qiu)的曲(qu)🧑🏻‍❤️‍🧑🏼線和(he)曲面(mian)，這就(jiu)是插(cha)補的(de)本質(zhi)。

流行(hang)的插(cha)補算(suan)法包(bao)括逐(zhu)點比(bi)較法(fa)、數字(zi)增量(liang)法等(deng)^，而👌利(li)👿用ˇNurbs樣(yang)條曲(qu)線進(jin)行插(cha)補因(yin)為其(qi)效率(lü)高、精(jing)度好(hao)而得(de)到了(le)高端(duan)數控(kong)機床(chuang)🛌🏻的青(qing)睐。