（一）從(cóng)機床到(dao)數控機(jī)床，機器(qi)不再無(wú)腦幹活(huo)

機床是(shì)其他機(jī)器的“母(mu)機”。

煉鋼(gang)廠出産(chǎn)的鋼鐵(tiě)并不是(shi)我們在(zai)生活中(zhong)見到的(de)各種奇(qi)奇怪怪(guài)的形狀(zhuàng)，而是闆(pǎn)材、管材(cai)、鑄錠等(deng)等形狀(zhuang)比較規(gui)⚽則的材(cai)料，這些(xiē)材料要(yao)加工成(chéng)各種形(xing)狀的零(ling)件就需(xu)要使用(yòng)機🈲床進(jin)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(qiu)🍉較細的(de)零件，就(jiù)要在👈機(jī)床上用(yong)精細繁(fán)複的工(gōng)藝切出(chū)來或者(zhě)磨出來(lai)。

和所有(yǒu)的機器(qì)一樣，最(zuì)初的機(ji)床包括(kuo)動力裝(zhuāng)置、傳動(dong)裝置🚶‍♀️和(he)執行裝(zhuang)置，靠電(dian)機轉動(dòng)輸入動(dòng)力，通過(guò)傳動裝(zhuāng)置帶🌈着(zhe)被加工(gong)💁的工👅件(jian)或者刀(dao)具進行(hang)相對運(yùn)動，至于(yu)在哪兒(ér)🏃下刀、切(qiē)多少、多(duō)快速度(du)切等等(deng)問題，則(ze)由人在(zai)👄加工過(guo)程中直(zhí)接進行(hang)控制。

由(you)于傳統(tong)機床使(shi)用的電(dian)機的轉(zhuǎn)速在工(gōng)作時基(jī)本上是(shì)不變的(de)，為了實(shi)現不同(tong)的切削(xuē)速度，傳(chuán)統的機(ji)床設計(jì)了極為(wei)複雜的(de)傳動系(xi)統。這種(zhong)複雜度(dù)的機✍️械(xiè)在現今(jin)的設計(jì)中已經(jīng)不多見(jian)了。

而随(suí)着伺服(fú)電機（伺(si)服電機(jī)就是可(kě)以在一(yi)定範圍(wei)内精确(que)控制電(diàn)機的位(wèi)置和轉(zhuǎn)速的電(diàn)機）技術(shu)的發展(zhan)及其在(zài)數控💃機(ji)床上的(de)應用，直(zhi)接控制(zhì)電機的(de)轉速變(bian)得方便(bian)快捷效(xiào)率高，而(ér)且基本(běn)上是無(wú)級變速(sù)，傳動系(xi)統的結(jie)構大🈲大(da)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(ér)省略⭐了(le)傳動系(xì)統。

這種(zhǒng)“直接驅(qū)動”的模(mó)式是現(xian)在機械(xie)設計領(ling)域的一(yī)👌大趨勢(shì)。

結構的(de)簡化還(hai)不夠，要(yào)實現各(gè)種各樣(yang)的形狀(zhuàng)的零件(jiàn)的加工(gōng)，還需要(yao)讓機床(chuang)可以高(gao)效、準确(que)的控制(zhì)多台電(dian)機合💁作(zuò)完成整(zhěng)個加🌈工(gong)過程。

這(zhè)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(tong)，數控系(xì)統的水(shuǐ)平高低(dī)決定了(le)數控機(jī)床能幹(gàn)多複雜(za)、多精密(mì)的活兒(er)，也決定(dìng)了這台(tái)機床和(hé)他的操(cao)作者🔞的(de)身價。

（二(èr)）數控系(xi)統能幹(gan)嘛？處理(lǐ)信息并(bìng)控制動(dong)力

數控(kong)系統（Numerical Controller System）是(shì)數控機(ji)床的大(da)腦。

對于(yu)一般數(shu)控機床(chuang)而言，往(wǎng)往包含(hán)人機控(kong)制界面(mian)、數控🤞系(xì)統、伺服(fu)驅動裝(zhuāng)置、機床(chuáng)、檢測裝(zhuāng)置等等(deng)，操作人(rén)員在一(yī)些計🙇🏻算(suàn)機🐇輔助(zhu)🚶制造軟(ruǎn)件的幫(bang)助下，将(jiāng)加工過(guò)程所需(xu)的⭐各種(zhǒng)操作（如(rú)主軸變(bian)速✉️等步(bù)驟以及(jí)工件的(de)形狀尺(chi)寸）用零(líng)件程序(xu)代碼表(biǎo)示，并通(tōng)過人及(ji)控制界(jiè)面輸入(ru)到數控(kòng)機床，之(zhī)後由數(shu)控系統(tǒng)對✍️這些(xie)信息進(jin)行✌️處理(li)和運算(suan)，并按零(líng)件程序(xu)的要求(qiú)控制伺(si)服電機(ji)，實現刀(dao)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(xin)息的處(chù)理結果(guo)以控制(zhì)信号的(de)形式傳(chuan)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(lài)于兩大(da)核心技(ji)術：一⛷️個(ge)是曲線(xian)曲面的(de)插補運(yun)算，一個(ge)是機床(chuang)多軸的(de)運動控(kòng)💞制。

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

如果(guǒ)運動軌(gui)迹可以(yǐ)用解析(xī)式表達(da)，則整個(ge)運動就(jiu)可以分(fen)解為幾(jǐ)個坐标(biao)的獨立(li)運動的(de)合成運(yùn)動，就❌可(kě)以直接(jie)控制電(dian)機生成(cheng)了。

但是(shì)制造過(guò)程中很(hěn)多零件(jian)的形狀(zhuang)可以說(shuo)是十分(fen)💋“自由”的(de)，既🔴不圓(yuán)、也不方(fang)，甚至都(dou)不知道(dao)是什麼(me)形狀，例(li)如汽車(che)、輪船、飛(fei)機、模具(ju)、藝術品(pǐn)等産品(pǐn)常遇到(dao)不能用(yòng)解析式(shi)描💰述的(de)曲⛱️線曲(qǔ)面，這類(lei)曲線曲(qu)面稱為(wéi)自由曲(qu)線（Free Form Curves）或自(zi)由曲面(mian)。

要切出(chū)來這些(xie)“自由”的(de)形狀，刀(dāo)具和工(gong)件之間(jiān)的相對(duì)運動也(ye)相應的(de)十分複(fú)雜。具體(ti)到操作(zuo)中，就是(shi)要😄控制(zhì)🧡工件台(tai)、刀具都(dou)按照設(she)計好的(de)位置-時(shi)間曲線(xiàn)進行運(yun)動，控制(zhì)這二者(zhe)在規定(ding)的時間(jiān)以指定(dìng)的姿态(tài)到達指(zhǐ)🔞定的位(wèi)置。

機床(chuáng)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(yàng)條曲線(xian)的相對(duì)運動，而(ér)這種複(fu)雜的“自(zì)由”運動(dong)又該怎(zěn)麼完成(cheng)呢？答案(an)是依靠(kào)插補運(yun)算。

所謂(wei)插補，就(jiu)是按照(zhào)一定方(fang)法确定(ding)數控機(jī)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(yi)知點之(zhī)間，增加(jia)🚶一些新(xin)的中間(jiān)點，并控(kòng)制工件(jiàn)台和刀(dāo)具通過(guò)這些中(zhōng)間🐉點，進(jìn)而就能(neng)完成整(zheng)個運動(dong)。

而這些(xie)中間點(diǎn)之間，則(zé)通過線(xiàn)段、圓弧(hú)或者樣(yàng)條曲線(xian)等👄來連(lián)接。相當(dang)于用數(shu)段微小(xiǎo)的線段(duàn)和圓弧(hú)去逼近(jìn)要求💰的(de)曲線和(hé)曲面，這(zhè)就是插(cha)補的本(ben)質。

流行(hang)的插補(bǔ)算法包(bao)括逐點(dian)比較法(fǎ)、數字增(zeng)量法等(děng)⚽，而利🧡用(yòng)Nurbs樣條曲(qǔ)線進行(háng)插補因(yīn)為其效(xiào)率高、精(jing)度好而(er)得到了(le)高端數(shù)控機床(chuáng)的青睐(lài)

（四(si)）刀的姿(zī)态不對(duì)無法加(jia)工？五坐(zuo)标聯動(dòng)分分鐘(zhōng)搞定

加(jiā)工複雜(zá)曲面不(bu)光要理(lǐ)論上可(kě)以加工(gōng)，還需要(yao)考慮刀(dao)具和被(bei)加工的(de)表面之(zhi)間的相(xiang)對位置(zhì)關系。

一(yi)方面如(rú)果刀具(jù)的姿态(tai)不合适(shì)會導緻(zhì)加工的(de)表面質(zhì)量低下(xia)；另一方(fāng)面刀具(ju)還會和(he)加工好(hǎo)的零件(jiàn)🛀🏻結構互(hù)相幹涉(shè)，不調整(zhěng)刀㊙️具的(de)相對姿(zi)态根本(ben)沒有辦(ban)法加㊙️工(gong)。這就需(xū)要賦👈予(yu)數控機(jī)床更🌏多(duo)的運動(dòng)自由度(du)，使之❓更(gèng)為靈巧(qiao)。

由于我(wǒ)們所處(chu)的三維(wei)空間的(de)相對運(yùn)動隻包(bao)含六個(gè)自✌️由度(du)（3個平動(dong)自由度(dù)以及3個(gè)轉動自(zi)由度），五(wu)坐🚶标聯(lian)動就是(shì)使數控(kong)機床在(zai)具有空(kōng)間上x、y、z三(sān)個方向(xiang)的平動(dòng)😘自由度(du)外，又增(zeng)加了兩(liǎng)個方向(xiang)的轉動(dòng)的自🈲由(you)度，再加(jiā)💯上刀具(ju)本身的(de)用于切(qiē)削的轉(zhuan)動自由(yóu)度，這樣(yang)刀具和(he)工件之(zhī)間的相(xiàng)對運動(dong)就有了(le)全部的(de)六個自(zì)由度，使(shǐ)得刀具(jù)和工件(jiàn)之間可(kě)以呈現(xiàn)任意的(de)相對位(wèi)置和相(xiàng)對姿态(tài)。

雖然标(biāo)了4個平(píng)動自由(you)度，但是(shi)其實質(zhi)上也隻(zhī)是實現(xiàn)💋了x、y、z三個(ge)🐆方向的(de)運動，有(you)一個自(zì)由度是(shi)冗餘的(de)，其實質(zhi)上是🛀一(yī)個五坐(zuo)标聯㊙️動(dong)機床。

（五(wǔ)）國産數(shu)控系統(tong)：逐漸邁(mai)向高端(duān)市場

中(zhōng)國是當(dang)今世界(jiè)機床制(zhì)造大國(guó)，數控系(xì)統在性(xing)能、功能(neng)🌈和成套(tào)化應用(yong)方面均(jun)取得了(le)長足進(jin)步。

其中(zhong)，低檔數(shù)控系統(tǒng)幾乎完(wán)全取代(dai)了進口(kou)，中檔數(shù)控系統(tǒng)在系列(lie)化、商品(pin)化和産(chǎn)業化方(fāng)面成效(xiao)顯著📱。高(gao)檔🈲數控(kong)系統已(yǐ)突破實(shí)現了五(wǔ)軸聯動(dòng)功能，并(bing)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(ji)💘床等設(shè)備🌏上得(de)到了示(shì)範應用(yong)。

此外，中(zhong)國企業(ye)針對零(líng)件（如手(shǒu)機殼）的(de)大批量(liàng)、表面光(guāng)潔度高(gao)等特點(diǎn)，各自開(kai)發了多(duo)款專用(yòng)系統和(he)小型高(gāo)速加工(gōng)中心，大(da)大降低(dī)了生産(chan)成本，該(gāi)市場現(xiàn)已基本(běn)🏒被國産(chǎn)系統和(hé)主機占(zhàn)領。

不過(guo)，還是應(yīng)該看到(dào)，國際上(shàng)的數控(kòng)系統已(yǐ)經有很(hěn)多成熟(shú)的高⭕端(duan)産品，與(yǔ)世界機(ji)床強國(guo)相比，中(zhōng)國的機(jī)床産品(pin)在全球(qiu)機床市(shì)場的競(jing)争力差(cha)距依然(rán)很大。