（一）從(cóng)機床到(dào)數控機(ji)床，機器(qi)不再無(wu)腦幹活(huó)

機床是(shi)其他機(jī)器的“母(mu)機”。

煉鋼(gang)廠出産(chan)的鋼鐵(tiě)并不是(shì)我們在(zai)生活中(zhōng)見到的(de)各種奇(qi)💃奇怪怪(guài)的形狀(zhuàng)，而是闆(pǎn)材、管材(cái)、鑄錠等(deng)等形狀(zhuàng)比較規(guī)則的材(cái)料，這些(xie)材料要(yào)加工成(chéng)各種形(xíng)狀‼️的零(líng)件就需(xū)要📧使用(yong)機床進(jìn)行切削(xuē)；還有一(yi)些精度(dù)要求較(jiào)高和表(biǎo)面粗糙(cāo)度要求(qiú)⛹🏻‍♀️較細的(de)零件，就(jiù)要在♍機(jī)床上用(yòng)精細繁(fán)複的工(gōng)藝切出(chū)來或者(zhě)磨出來(lái)。

和所有(you)的機器(qi)一樣，最(zuì)初的機(jī)床包括(kuò)動力裝(zhuāng)置、傳動(dong)裝置🎯和(hé)㊙️執行裝(zhuāng)置，靠電(diàn)機轉動(dòng)輸入動(dòng)力，通過(guo)傳動裝(zhuāng)置帶着(zhe)被加工(gong)的工件(jiàn)或者刀(dao)具進行(háng)相對運(yùn)動，至于(yú)在哪兒(er)下刀、切(qiē)多少、多(duō)快速度(du)切等等(děng)問題，則(ze)由人在(zài)加工過(guo)程中直(zhí)接進行(hang)控制。

由(yóu)于傳統(tong)機床使(shi)用的電(dian)機的轉(zhuǎn)速在工(gong)作時基(jī)本上是(shì)不變😍的(de)，為了實(shi)現不同(tóng)的切削(xue)速度，傳(chuán)統的機(ji)☁️床設計(ji)了極為(wéi)複雜的(de)傳動系(xi)統。這種(zhǒng)複雜度(dù)的機械(xiè)在現今(jīn)的設計(jì)中已經(jing)不多💯見(jiàn)了。

而随(suí)着伺服(fú)電機（伺(sì)服電機(jī)就是可(ke)以在一(yi)定範圍(wei)内精确(que)控🏃制電(diàn)機的位(wei)置和轉(zhuǎn)速的電(dian)機）技術(shù)的發展(zhǎn)及其在(zai)數控機(ji)床上的(de)應用，直(zhí)接控制(zhi)電機的(de)轉速變(biàn)得方便(biàn)快捷效(xiao)率高，而(er)且基本(ben)上是無(wú)級變速(sù)，傳動系(xi)統的結(jié)構大大(da)簡化，甚(shen)🍉至出現(xiàn)了🌂很多(duo)環節電(diàn)機直接(jiē)連接到(dào)執行機(jī)✔️構上，而(er)省略了(le)傳動系(xi)統。

這種(zhong)“直接驅(qu)動”的模(mo)式是現(xiàn)在機械(xiè)設計領(ling)域的一(yi)大趨❗勢(shì)。

結構的(de)簡化還(hai)不夠，要(yao)實現各(ge)種各樣(yang)的形狀(zhuang)的零件(jian)🙇🏻的加工(gōng)🔞，還需要(yao)讓機床(chuang)可以高(gāo)效、準确(que)的控制(zhi)多台電(dian)🛀🏻機合💞作(zuo)完😍成整(zheng)個加工(gong)過程。

這(zhe)就要讓(rang)機床成(chéng)為有“腦(nǎo)子”的數(shu)控機床(chuang)了。而這(zhe)個腦子(zi)就是數(shù)📧控系統(tǒng)，數控系(xi)統的水(shui)平高低(dī)決定了(le)數控機(jī)床能幹(gàn)多複雜(za)、多精密(mi)的活兒(er)，也決定(dìng)了這台(tai)機床和(hé)他的操(cao)作者👅的(de)身價。

（二(èr)）數控系(xì)統能幹(gan)嘛？處理(li)信息并(bìng)控制動(dòng)力

數控(kòng)系統（Numerical Controller System）是(shì)數控機(ji)床的大(dà)腦。

對于(yú)一般數(shù)控機床(chuang)而言，往(wang)往包含(han)人機控(kòng)制界面(mian)、數控系(xì)統🤟、伺服(fu)驅動裝(zhuang)置、機床(chuáng)、檢測裝(zhuāng)置等等(deng)，操作人(rén)員在一(yī)些計算(suan)機輔助(zhu)📐制造軟(ruǎn)件的幫(bang)助下，将(jiang)加工過(guo)程所需(xu)的各種(zhong)操作（如(rú)主軸變(biàn)速等步(bu)驟以及(jí)工件的(de)形狀尺(chi)寸）用零(ling)件程序(xu)代碼表(biao)示，并通(tong)過人及(ji)控制界(jiè)面輸入(ru)到數控(kong)機床，之(zhī)後由🐇數(shù)控系統(tǒng)對這些(xiē)信息進(jin)行💃🏻處理(li)和運算(suan)，并🌏按零(ling)件程序(xu)的✌️要求(qiu)控制伺(sì)服電機(jī)，實現刀(dāo)具與工(gōng)件的相(xiàng)對運動(dòng)，以完成(chéng)零件的(de)加工。

數(shù)控系統(tong)完成諸(zhu)多信息(xi)的存儲(chu)和處理(lǐ)的工作(zuò)，并将信(xìn)息的✊處(chù)🍉理結果(guǒ)以控制(zhì)信号的(de)形式傳(chuán)給後續(xu)的伺服(fú)電機，這(zhè)些控制(zhì)信⭕号的(de)工作效(xiào)果依賴(lai)于兩大(dà)核心技(jì)術：一個(ge)是曲線(xiàn)曲面的(de)插補運(yùn)算，一個(ge)是❌機床(chuáng)多軸的(de)運動控(kòng)制。

（三）零(líng)件形狀(zhuàng)太“自由(yóu)”？靠插補(bu)運算搞(gǎo)定

如果(guo)運動軌(guǐ)迹可以(yi)用解析(xi)式表達(da)，則整個(ge)運動就(jiu)㊙️可以分(fèn)解為幾(ji)個坐标(biao)的獨立(lì)運動的(de)合成運(yùn)動，就可(kě)以直接(jie)♌控制電(diàn)機🌍生成(cheng)了。

但是(shì)制造過(guo)程中很(hen)多零件(jian)的形狀(zhuang)可以說(shuō)是十分(fèn)“自㊙️由”的(de)，既✨不圓(yuan)、也不方(fāng)，甚至都(dōu)不知道(dào)是什麼(me)形狀，例(li)如汽車(che)、輪船、飛(fēi)機、模具(jù)㊙️、藝術品(pin)等産品(pin)常遇到(dào)不能用(yong)解🌈析式(shi)描🏃‍♂️述的(de)曲☁️線曲(qu)面，這類(lei)曲🌍線曲(qǔ)面稱為(wei)自由曲(qǔ)線（Free Form Curves）或自(zi)由曲面(mian)。

要切出(chū)來這些(xiē)“自由”的(de)形狀，刀(dāo)具和工(gōng)件之間(jian)的相👌對(dui)🔴運動也(ye)相🙇🏻應的(de)十分複(fu)雜。具體(ti)到操作(zuò)中，就是(shi)要控制(zhì)工件台(tái)、刀⛱️具都(dou)按照設(she)計好的(de)位置-時(shí)間曲線(xiàn)進行運(yùn)😄動，控制(zhì)這二者(zhě)在規定(ding)的時間(jian)🏃🏻以指定(ding)的姿态(tài)到達指(zhǐ)定的位(wei)置。

機床(chuang)可以在(zài)工件和(he)刀具之(zhi)間很好(hao)地完成(chéng)直線段(duàn)、圓弧或(huò)🌈其他的(de)有解析(xi)式的樣(yang)條曲線(xian)的相對(dui)運動，而(er)這種複(fú)㊙️雜的🐉“自(zì)由”運動(dòng)又該怎(zěn)麼完成(chéng)呢？答案(an)是依靠(kao)插👉補運(yùn)算。

所謂(wèi)插補，就(jiu)是按照(zhao)一定方(fang)法确定(dìng)數控機(jī)床上刀(dao)具的運(yun)動軌迹(ji)的過程(cheng)。根據給(gěi)定的速(su)度和軌(gui)迹，在軌(guǐ)迹的已(yǐ)知點之(zhī)間，增加(jia)一些新(xīn)的中間(jian)點，并控(kong)制工件(jiàn)台和刀(dao)具通過(guò)這☔些中(zhōng)間點，進(jìn)而就能(neng)完成整(zheng)個運動(dòng)。

而這些(xie)中間點(dian)之間，則(ze)通過線(xiàn)段、圓弧(hú)或者樣(yang)條曲線(xiàn)等來連(lián)接。相當(dāng)于用數(shù)段微小(xiao)的線段(duàn)和圓弧(hu)去逼近(jin)🛀🏻要求的(de)曲線和(he)曲面⭐，這(zhè)就是插(chā)補的本(běn)質。

流行(háng)的插補(bu)算法包(bāo)括逐點(diǎn)比較法(fa)、數字增(zēng)量法等(deng)，而🈚利用(yong)Nurbs樣條曲(qǔ)線進行(hang)插補因(yīn)為其效(xiào)率高、精(jing)度好🧡而(ér)得到了(le)高端數(shu)控機床(chuáng)的青睐(lai)

（四(si)）刀的姿(zī)态不對(dui)無法加(jia)工？五坐(zuò)标聯動(dong)分分鐘(zhōng)搞定

加(jiā)工複雜(zá)曲面不(bú)光要理(li)論上可(ke)以加工(gong)，還需要(yao)考慮刀(dao)💃🏻具和被(bei)加工的(de)表面之(zhi)間的相(xiàng)對位置(zhi)關系。

一(yī)方面如(rú)果刀具(jù)的姿态(tài)不合适(shì)會導緻(zhì)加工的(de)表🔞面質(zhi)量低下(xia)；另一方(fang)面刀具(jù)還會和(he)加工好(hao)的零件(jian)結構互(hù)相幹涉(she)，不調整(zhěng)刀具的(de)相對姿(zī)态根本(běn)沒有辦(ban)法加📱工(gōng)。這就需(xū)要賦予(yǔ)數控🌈機(ji)床更多(duō)的運動(dòng)自由度(du)，使之更(geng)為靈巧(qiǎo)。

由于我(wǒ)們所處(chù)的三維(wei)空間的(de)相對運(yùn)動隻包(bāo)含六個(ge)自由度(dù)（3個平動(dong)自由度(dù)以及3個(gè)轉動自(zì)由度），五(wǔ)坐标聯(lian)動就是(shi)使數控(kòng)機床在(zài)具有空(kōng)間上x、y、z三(sān)個方向(xiàng)的平動(dòng)自由度(dù)外，又增(zeng)❌加了兩(liang)個方向(xiàng)的轉動(dong)的自由(you)度，再加(jiā)上刀具(jù)本身的(de)用于切(qie)削的轉(zhuan)動自由(you)度💯，這樣(yang)刀具和(he)工件之(zhi)間的相(xiàng)對運動(dong)就有了(le)全部的(de)六個自(zì)由度，使(shi)♊得刀具(jù)和工件(jian)之間可(ke)以呈現(xiàn)任意🧑🏽‍🤝‍🧑🏻的(de)相對位(wei)置和相(xiàng)👣對姿态(tài)。

雖然标(biao)了4個平(ping)動自由(you)度，但是(shì)其實質(zhi)上也隻(zhi)是實現(xiàn)了x、y、z三🔱個(ge)方向的(de)運動，有(yǒu)一個自(zì)由度是(shi)冗餘的(de)，其實質(zhì)上是一(yī)個五坐(zuo)标聯動(dòng)機床。

（五(wu)）國産數(shu)控系統(tǒng)：逐漸邁(mài)向高端(duān)市場

中(zhong)國是當(dang)今世界(jie)機床制(zhi)造大國(guo)，數控系(xì)統在性(xìng)能、功能(neng)和成套(tào)化應用(yòng)方面均(jun)取得了(le)長足進(jin)步。

其中(zhōng)，低檔數(shù)控系統(tong)幾乎完(wan)全取代(dai)了進口(kǒu)，中檔數(shù)控系♉統(tong)在系💁列(liè)化、商品(pin)化和産(chǎn)業化方(fāng)面成效(xiào)顯著。高(gao)檔數控(kong)系統已(yi)突破實(shí)現了五(wu)軸聯動(dòng)功能，并(bìng)在六軸(zhou)數控砂(shā)帶🍉磨床(chuáng)、五軸葉(ye)片銑床(chuang)和車銑(xǐ)複合機(jī)床等設(she)備上得(de)到了示(shì)範應用(yong)。

此外，中(zhōng)國企業(yè)針對零(ling)件（如手(shǒu)機殼）的(de)大批量(liàng)、表面光(guang)潔度高(gao)⚽等特點(diǎn)，各自開(kāi)發了多(duo)款專用(yong)系統和(hé)小型高(gāo)速加工(gong)中心，大(dà)大降低(dī)了生産(chan)成本，該(gāi)市場現(xian)已基本(ben)被國産(chǎn)系統和(he)主機占(zhan)領。

不過(guo)，還是應(ying)該看到(dào)，國際上(shàng)的數控(kong)系統已(yǐ)經有很(hěn)♋多成熟(shú)的高端(duān)産品，與(yu)世界機(ji)床強國(guo)相比，中(zhōng)國的🈲機(jī)床産品(pin)在全球(qiú)機床市(shi)場的競(jìng)争力差(cha)距依然(ran)很大。