（一）從(cong)機床到(dào)數控機(ji)床，機器(qì)不再無(wú)腦幹活(huo)

機床是(shì)其他機(ji)器的“母(mǔ)機”。

煉鋼(gāng)廠出産(chǎn)的鋼鐵(tie)并不是(shi)我們在(zai)生活中(zhōng)見到的(de)各種奇(qí)奇🤞怪怪(guai)的形狀(zhuàng)，而是闆(pan)材、管材(cái)、鑄錠等(deng)等形狀(zhuang)比較規(guī)❓則的材(cái)料，這些(xie)材料要(yao)加工成(chéng)各種形(xing)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(du)要求較(jiao)高和表(biao)面粗糙(cāo)度要求(qiú)較細的(de)零件，就(jiu)要在機(ji)床上用(yong)精細繁(fán)複的工(gong)藝切出(chu)來或者(zhě)磨出來(lái)。

和所有(you)的機器(qi)一樣，最(zui)初的機(ji)床包括(kuò)動力裝(zhuang)置、傳動(dòng)裝✉️置和(he)執行裝(zhuāng)置，靠電(dian)機轉動(dong)輸入動(dong)力，通過(guò)傳動裝(zhuang)🏃🏻置帶😄着(zhe)被加工(gōng)的工件(jian)或者刀(dao)具進行(háng)相對運(yun)動，至于(yu)🤟在哪兒(er)下刀、切(qie)多少、多(duo)快速度(dù)❌切等等(deng)問題，則(zé)由人在(zài)加工過(guò)程中直(zhí)接進行(hang)控制。

由(yóu)于傳統(tǒng)機床使(shi)用的電(dian)機的轉(zhuǎn)速在工(gōng)作時基(ji)本㊙️上是(shì)🥰不變🔱的(de)，為了實(shí)現不同(tóng)的切削(xuē)速度，傳(chuan)統的機(jī)床設計(ji)了極為(wéi)複雜的(de)傳動系(xì)統。這種(zhǒng)複雜度(dù)的機械(xie)在現今(jin)的設計(jì)中已經(jing)不多💃🏻見(jiàn)了。

而随(suí)着伺服(fú)電機（伺(si)服電機(jī)就是可(kě)以在一(yī)定範圍(wei)内精确(què)控制電(dian)機的位(wèi)置和轉(zhuǎn)速的電(diàn)機）技術(shù)的發展(zhǎn)及其在(zai)😘數控機(jī)床上的(de)應用，直(zhi)接控制(zhì)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(wu)級變速(sù)，傳動系(xì)統的結(jié)構大大(dà)簡化，甚(shèn)至出現(xiàn)了很多(duo)環節電(dian)機直接(jie)連🔞接到(dào)執行機(jī)構上，而(er)省略⭐了(le)傳動系(xì)統。

這種(zhǒng)“直接驅(qū)動”的模(mo)式是現(xian)在機械(xiè)設計領(lǐng)域的一(yī)大趨勢(shì)。

結構的(de)簡化還(hai)不夠，要(yao)實現各(ge)種各樣(yàng)的形狀(zhuàng)的零件(jian)的⛹🏻‍♀️加工(gōng)，還需要(yao)讓機床(chuáng)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(gōng)過程。

這(zhe)就要讓(ràng)機床成(cheng)為有“腦(nao)子”的數(shù)控機床(chuang)了。而這(zhe)個腦子(zǐ)㊙️就是數(shù)控系統(tong)，數控系(xì)統的水(shuǐ)平高低(di)決定了(le)數控機(ji)床能幹(gan)多複雜(zá)、多精密(mì)的活兒(ér)，也決定(ding)了這🐆台(tái)機床和(hé)他的操(cao)作者的(de)身價。

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

數控(kong)系統（Numerical Controller System）是(shi)數控機(jī)床的大(da)腦。

對于(yú)一般數(shù)控機床(chuang)而言，往(wǎng)往包含(hán)人機控(kòng)制界面(miàn)、數😍控系(xì)統、伺服(fu)驅動裝(zhuang)置、機床(chuáng)、檢測裝(zhuang)置等等(deng)，操作人(ren)員在一(yi)些計算(suan)機輔助(zhù)制造軟(ruan)件的幫(bang)助下，将(jiāng)加工過(guo)程所需(xu)的各種(zhǒng)操作（如(ru)主軸變(bian)速㊙️等步(bu)驟以及(jí)✊工件的(de)形狀尺(chǐ)寸）用🎯零(líng)件程序(xù)代碼表(biao)示，并通(tōng)過人及(ji)控制界(jiè)面輸入(rù)到數控(kòng)機床，之(zhi)後由數(shu)控系統(tǒng)對這些(xiē)信息進(jìn)💞行🏃🏻處理(lǐ)和運算(suàn)，并👄按零(ling)件程序(xu)的🔞要求(qiú)控制伺(si)服電機(jī)，實現刀(dāo)具與工(gōng)件的相(xiang)對運動(dong)，以完成(cheng)零件的(de)加工。

數(shù)控系統(tong)完成諸(zhū)多信息(xi)的存儲(chǔ)和處理(li)的工作(zuò)，并将信(xìn)息的♈處(chu)🤩理結果(guo)以控制(zhi)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(xiao)果依賴(lai)于兩大(da)核心技(jì)術：一個(gè)是曲線(xiàn)曲面的(de)插補運(yun)算，一個(ge)是機床(chuang)多軸的(de)運動控(kong)㊙️制。

（三）零(ling)件形狀(zhuang)太“自由(yóu)”？靠插補(bǔ)運算搞(gao)定

如果(guo)運動軌(gui)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(biāo)的獨立(li)運動的(de)合成運(yun)動，就可(kě)以❗直接(jie)控制電(dian)機生成(cheng)了。

但是(shi)制造過(guo)程中很(hen)多零件(jiàn)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(lì)如汽車(che)♌、輪船、飛(fēi)機、模具(jù)、藝術品(pin)等産品(pǐn)常遇到(dào)不能用(yong)解析式(shì)描述的(de)曲線曲(qu)面，這類(lèi)曲⭕線曲(qǔ)面稱為(wei)自由曲(qu)線（Free Form Curves）或自(zì)由曲面(miàn)。

要切出(chū)來這些(xiē)“自由”的(de)形狀，刀(dao)具和工(gōng)件之間(jiān)的相💁對(dui)📧運動💚也(yě)相應的(de)十分複(fú)雜。具體(tǐ)到操作(zuò)中，就是(shì)要控制(zhi)工件台(tái)、刀具都(dōu)按照☎️設(she)計好的(de)位置-時(shí)間曲線(xian)✂️進行運(yun)動，控制(zhì)這二者(zhe)在規定(ding)的時間(jiān)以指定(ding)的姿态(tài)到達指(zhǐ)定的位(wei)置。

機床(chuáng)可以在(zai)工件和(hé)刀具之(zhī)間很好(hǎo)地完成(cheng)直線段(duan)、圓弧或(huò)⁉️其他的(de)有解析(xi)式的樣(yàng)條曲線(xiàn)的相對(duì)運動🍓，而(er)這💰種複(fú)雜的“自(zì)由”運動(dong)又該怎(zen)麼完成(cheng)呢？答案(àn)是依靠(kao)插補運(yun)算。

所謂(wei)插補，就(jiu)是按照(zhào)一定方(fāng)法确定(ding)數控機(ji)床上刀(dāo)具的運(yùn)動軌迹(ji)的過程(chéng)。根據給(gei)定的速(su)度和軌(guǐ)迹，在軌(gui)迹的已(yǐ)知點之(zhī)間，增加(jiā)⛷️一些新(xīn)的中間(jiān)點，并控(kòng)制工件(jiàn)台和刀(dāo)具通過(guo)這些中(zhōng)間📧點，進(jin)而就能(neng)完成整(zheng)🧡個運動(dòng)。

而這些(xiē)中間點(dian)之間，則(zé)通過線(xiàn)段、圓弧(hu)或者樣(yàng)條曲🐇線(xiàn)等來連(lian)🌈接。相當(dāng)于用數(shu)段微小(xiao)的線段(duàn)和圓弧(hú)去逼近(jin)要求的(de)曲線和(he)曲面，這(zhe)就是插(cha)補的本(ben)質。

流行(háng)的插補(bǔ)算法包(bao)括逐點(dian)比較法(fa)、數字增(zēng)量法等(děng)，而利用(yòng)Nurbs樣條曲(qu)線進行(hang)插補因(yīn)為其效(xiào)率高、精(jīng)度好而(ér)得到了(le)高端數(shu)控機床(chuáng)的青睐(lài)

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

加(jia)工複雜(za)曲面不(bu)光要理(li)論上可(ke)以加工(gōng)，還需要(yào)考慮刀(dao)具⚽和被(bèi)加工的(de)表面之(zhī)間的相(xiàng)對位置(zhi)關系。

一(yī)方面如(ru)果刀具(ju)的姿态(tai)不合适(shi)會導緻(zhì)加工的(de)表面😍質(zhì)量低下(xià)；另一方(fāng)面刀具(jù)還會和(he)加工好(hǎo)的零件(jian)㊙️結構互(hu)相幹涉(shè)，不調整(zheng)刀具的(de)相對姿(zī)态根本(ben)沒有辦(ban)法加工(gōng)。這就需(xu)要賦予(yu)數控機(ji)床更多(duō)的運動(dòng)自由度(du)，使之更(gèng)為靈巧(qiǎo)。

由于我(wo)們所處(chù)的三維(wéi)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(ge)轉動自(zì)由度），五(wu)坐标聯(lián)動就是(shì)使數控(kòng)機床在(zài)具有空(kong)間上x、y、z三(sān)個方向(xiang)的平動(dong)自由度(dù)外，又增(zeng)加了兩(liang)個方向(xiang)的轉動(dòng)的自由(you)度，再加(jia)💘上刀具(ju)本身的(de)用于切(qie)削的轉(zhuǎn)動自由(you)度，這樣(yàng)刀具和(hé)💃🏻工件之(zhi)間的相(xiàng)對運動(dòng)就有了(le)全部的(de)六個自(zì)由度🚶‍♀️，使(shi)得刀具(jù)和工件(jiàn)♋之間可(ke)以呈現(xiàn)任意的(de)相對位(wèi)置和相(xiàng)對姿态(tài)。

雖然标(biao)了4個平(píng)動自由(yóu)度，但是(shì)其實質(zhì)上也隻(zhi)是實現(xian)了x、y、z三個(gè)方向的(de)運動，有(you)一個自(zi)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(shù)控系統(tong)：逐漸邁(mai)向高端(duān)市場

中(zhong)國是當(dang)今世界(jie)機床制(zhì)造大國(guo)，數控系(xì)統在性(xing)能、功能(néng)和成💛套(tao)👣化應用(yong)方面均(jun)取得了(le)長足進(jìn)步。

其中(zhōng)，低檔數(shu)控系統(tǒng)幾乎完(wán)全取代(dai)了進口(kou)，中檔數(shù)控系⭕統(tong)🍉在系列(liè)化、商品(pǐn)化和産(chǎn)業化方(fāng)面成效(xiào)顯著。高(gāo)檔數控(kòng)系統已(yǐ)突破實(shí)現了五(wu)軸聯動(dòng)功能，并(bing)在六軸(zhou)數控砂(shā)帶磨床(chuáng)、五軸葉(yè)片🔞銑床(chuang)和車銑(xi)複合機(jī)💔床等設(she)備⛹🏻‍♀️上得(de)到了示(shì)範應用(yong)。

此外，中(zhong)國企業(yè)針對零(líng)件（如手(shǒu)機殼）的(de)大批量(liang)、表面光(guāng)潔度高(gao)等特點(dian)，各自開(kāi)發了多(duo)款專用(yong)系統和(hé)小型高(gao)🤟速加工(gong)中✊心，大(dà)大降低(dī)了生産(chan)成本，該(gai)市場現(xiàn)已基本(ben)被國産(chǎn)💋系統和(hé)主機占(zhàn)領。

不過(guò)，還是應(ying)該看到(dao)，國際上(shàng)的數控(kong)系統已(yi)經有很(hen)🔞多成熟(shu)的高端(duān)産品，與(yǔ)世界機(ji)床強國(guó)相比，中(zhong)國的機(ji)床産品(pin)❌在全球(qiú)機床市(shì)✔️場的競(jìng)争力差(cha)距依然(rán)很大。