一提到工業（yè），最（zuì）基礎的就是製造。

所謂製造就是（shì）把各種各樣（yàng）的東西從原材料變成零件再裝配成產品。

在傳統的金屬加工領域（yù），零件的製造就是火星四濺的鑄鍛焊以及硬碰硬的（de）車銑刨磨鉗，17C吃瓜网生活中見到的任何一個稍微有些形狀的（de）金屬，在17C吃瓜网見（jiàn）到之（zhī）前，都已經在工廠（chǎng）經曆了多次鐵與火的淬煉。

既然金屬（shǔ）零件是機器製造的，那麽機器又是如何製造的呢？原來，它是通過數控機床完成的。

（一）從機床到數控機床，機器不再無腦幹活

機床是其他機器的“母機”。

煉鋼廠出產（chǎn）的鋼鐵並不是17C吃瓜网在生活中見到的各種奇奇怪（guài）怪的形（xíng）狀，而是（shì）板材、管材（cái）、鑄錠等等形狀比（bǐ）較規則（zé）的材料，這（zhè）些材料要加（jiā）工（gōng）成各種形狀的零件就需要使用機床進行切削；還有一些精度要求較高和（hé）表（biǎo）麵（miàn）粗糙（cāo）度要求較細的零件，就要在機床上用精細繁複的工藝切出來或者磨出來。

和（hé）所有（yǒu）的機器一樣，最初的機床包括動力裝置、傳動裝置和執行裝置，靠電機轉動輸入動力（lì），通過傳動裝置帶著被加工的工件或者刀具進行相對運動，至（zhì）於在哪兒下刀、切多少、多快速度切等等問題，則由人在加工（gōng）過程（chéng）中直（zhí）接進行控製。

由於傳統機床使用的電機的轉速在工作時基本上（shàng）是不變的，為了實（shí）現不同的切削速度，傳統的機床設計了極為複雜的傳（chuán）動係統。這（zhè）種複雜度的機械在現今的設（shè）計（jì）中已經不多見了。

而隨著伺服電機（伺服電機就是可（kě）以（yǐ）在一定範圍內精確控製（zhì）電機的位置和轉速的電機）技術的發展及其在（zài）數控機床上的應用，直接控製電機的轉速變得方便快捷效率高，而且基本上是無級變速（sù），傳動係（xì）統的結構大大簡化（huà），甚至出現了很多環節電機直接連（lián）接到執行機（jī）構上，而省略了傳動係統。

這種“直接驅動”的模式是現在機械設計領域的一大趨勢。

結構的簡化還不夠，要實現各種（zhǒng）各樣的形狀的零件的加工，還需要讓機床可以高效、準確的控製多台電機合（hé）作完成整個加工過程。

這就要讓（ràng）機床成為有“腦子”的數控機（jī）床了（le）。而這個腦子就是數控係（xì）統，數控係統的（de）水平高低決定了數控機床能幹多複（fù）雜、多精密的活（huó）兒，也決定了這台機床和他的操作者的（de）身價。

（二）數控（kòng）係統能幹（gàn）嘛？處理信息並控製動力

數（shù）控係統（Numerical Controller System）是數控機床的大腦。

對於一般數控機床而言（yán），往往（wǎng）包含人機控製界麵、數控係統、伺服驅動裝置、機（jī）床、檢（jiǎn）測（cè）裝置等等，操作人員在（zài）一些計算（suàn）機輔助（zhù）製造軟件（jiàn）的幫助下，將加工過程所需的各種操作（如主軸變速等步（bù）驟以及工件的形（xíng）狀（zhuàng）尺寸）用零（líng）件程序代碼表示，並通過人及控製界麵（miàn）輸入到數控機（jī）床，之後由數控係統對這些信息進行處理（lǐ）和運算，並按零件程序（xù）的要求（qiú）控製伺服電機，實現刀具與工件的相對運（yùn）動，以完成零件的加工。

數控係統完成諸多信息的存儲和處理的工作，並將信息的處理結果以控（kòng）製信（xìn）號的（de）形式傳（chuán）給後續的伺服電機，這些控製信號的工作效果依賴於兩大核心技術：一個是曲線曲麵的（de）插補運算，一個是機（jī）床多軸的運動控（kòng）製。

（三）零件形狀太“自由”？靠插補（bǔ）運（yùn）算搞定

如果運動軌跡可以用解析式表達，則整個運動就可以分解（jiě）為幾個坐標的獨立運動的合成運（yùn）動，就可以直接控製電機（jī）生成了。

但是製造過程中很多零（líng）件的形狀（zhuàng）可以說是十分“自由”的，既不圓、也不方，甚至都不知道是什（shí）麽形狀，例如汽車、輪船、飛機、模具、藝術品等產品常遇到不能用解析（xī）式描述的（de）曲線曲麵，這類曲線曲（qǔ）麵稱為自由曲（qǔ）線（Free Form Curves）或自由曲麵。

要切出來這些“自由”的形狀，刀具和工件之間的相對運動也相應的十分複雜。具體到操（cāo）作中，就是要控製工件台、刀具都按照設計好的位置-時間曲線進行運動，控製（zhì）這二（èr）者（zhě）在規定的時間以指定的姿（zī）態到達指定的位（wèi）置。

機床可以在工件和刀具之間很好地（dì）完成直線段、圓弧或其他的有解析式的樣條曲線（xiàn）的相對運（yùn）動，而這種複雜的“自由”運動又該怎麽完成呢？答案是依靠插補運算。

所（suǒ）謂插補，就是按照一定方法確定數控機床上刀具的運動軌跡的過程。根據給定的速度和軌跡，在軌跡的已知點之間，增加一些（xiē）新的（de）中間點（diǎn），並控製工件台和刀具（jù）通過這些中間點，進而就能（néng）完成整個運動。

而這些中間（jiān）點之間，則通過線段、圓弧（hú）或者樣（yàng）條曲線等來（lái）連接。相當於用數段微小的線段和圓弧（hú）去逼近要求的曲（qǔ）線和（hé）曲麵，這就是插補的本質。

流行（háng）的插補算法包括（kuò）逐點比較法、數字增量法等，而（ér）利（lì）用Nurbs樣條曲線進行插補因（yīn）為（wéi）其效率高、精度（dù）好而得到了高端數控機床的青睞。