一提到工業(yè)，最基礎的就是制造。而所謂制造就是把各種各樣的東西從原材料變成零件再裝配成產(chǎn)品。從我國數(shù)控機床市場看，受益于我國汽車、航空航天、船舶、電力設備、工程機械等行業(yè)快速發(fā)展，對機床市場尤其是數(shù)控機床產(chǎn)生了巨大需求，數(shù)控機床行業(yè)成長迅猛數(shù)控機床是數(shù)字控制機床，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。根據(jù)數(shù)控機床的性能、檔次的不同，數(shù)控機床產(chǎn)品可分為數(shù)控機床、中檔數(shù)控機床、低檔數(shù)控機床。數(shù)控機床是指具有高速、精密、智能、復合、多軸聯(lián)動、網(wǎng)絡通信等功能的數(shù)控機床。

機床作為“工業(yè)之母”，是一個國家制造業(yè)水平高低的象征。數(shù)控機床是由美國發(fā)明家約翰·帕森斯上個世紀發(fā)明的。隨著電子信息技術的發(fā)展，世界機床業(yè)已進入了以數(shù)字化制造技術為核心的機電一體化時代，其中數(shù)控機床就是代表產(chǎn)品之一。數(shù)控機床是一種能的，裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床，能較好地解決復雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，代表著現(xiàn)代機床控制技術的發(fā)展方向。

既然金屬零件是機器制造的，那么機器又是如何制造的呢？原來，它是通過機床完成的。

(一)從機床到數(shù)控機床，機器不再無腦干活機床是其他機器的“母機”。

和所有的機器一樣，最初的機床包括動力裝置、傳動裝置和執(zhí)行裝置，靠電機轉動輸入動力，通過傳動裝置帶著被加工的工件或者刀具進行相對運動，至于在哪兒下刀、切多少、多快速度切等等問題，則由人在加工過程中直接進行控制。

于傳統(tǒng)機床使用的電機的轉速在工作時基本上是不變的，為了實現(xiàn)不同的切削速度，傳統(tǒng)的機床設計了極為復雜的傳動系統(tǒng)。這種復雜度的機械在現(xiàn)今的設計中已經(jīng)不多見了。

　這種“直接驅動”的模式是現(xiàn)在機械設計領域的一大趨勢。

結構的簡化還不夠，要實現(xiàn)各種各樣的形狀的零件的加工，還需要讓機床可以、準確的控制多臺電機合作完成整個加工過程。

　這就要讓機床成為有“腦子”的數(shù)控機床了。而這個腦子就是數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)的水平高低決定了數(shù)控機床能干多復雜、多精密的活兒，也決定了這臺機床和他的操作者的身價。

(二)數(shù)控系統(tǒng)能干嘛？處理信息并控制動力數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的大腦。

對于一般數(shù)控機床而言，往往包含人機控制界面、數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅動裝置、機床、檢測裝置等等，操作人員在一些計算機輔助制造軟件的幫助下，將加工過程所需的各種操作(如主軸變速等步驟以及工件的形狀尺寸)用零件程序代碼表示，并通過人及控制界面輸入到數(shù)控機床，之后由數(shù)控系統(tǒng)對這些信息進行處理和運算，并按零件程序的要求控制伺服電機，實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，以完成零件的加工。

數(shù)控系統(tǒng)完成工作效果依賴于兩大核心技術：一個是曲線曲面的插補運算，一個是機床多軸的運動控制。

 (三)零件形狀太“自由”？靠插補運算搞定

如果運動軌跡可以用解析式表達，則整個運動就可以分解為幾個坐標的獨立運動的合成運動，就可以直接控制電機生成了。

但是制造過程中很多零件的形狀可以說是十分“自由”的，既不圓、也不方，甚至都不知道是什么形狀，例如汽車、輪船、飛機、模具、藝術品等產(chǎn)品常遇到不能用解析式描述的曲線曲面，這類曲線曲面稱為自由曲線或自由曲面。

所謂插補，就是按照一定方法確定數(shù)控機床上刀具的運動軌跡的過程。根據(jù)給定的速度和軌跡，在軌跡的已知點之間，增加一些新的中間點，并控制工件臺和刀具通過這些中間點，進而就能完成整個運動。

而這些中間點之間，則通過線段、圓弧或者樣條曲線等來連接。相當于用數(shù)段微小的線段和圓弧去逼近要求的曲線和曲面，這就是插補的本質。

流行的插補算法包括逐點比較法、數(shù)字增量法等，而利用Nurbs樣條曲線進行插補因為其效率高、精度好而得到了數(shù)控機床的青睞。

 (四)刀的姿態(tài)不對無法加工？五坐標聯(lián)動分分鐘搞定

加工復雜曲面不光要理論上可以加工，還需要考慮刀具和被加工的表面之間的相對位置關系。

一方面如果刀具的姿態(tài)不合適會導致加工的表面質量低下；另一方面刀具還會和加工好的零件結構互相干涉，不調整刀具的相對姿態(tài)根本沒有辦法加工。這就需要賦予數(shù)控機床更多的運動自由度，使之更為靈巧。

　由于我們所處的三維空間的相對運動只包含六個自由度(3個平動自由度以及3個轉動自由度)，五坐標聯(lián)動就是使數(shù)控機床在具有空間上x、y、z三個方向的平動自由度外，又增加了兩個方向的轉動的自由度，再加上刀具本身的用于切削的轉動自由度，這樣刀具和工件之間的相對運動就有了全部的六個自由度，使得刀具和工件之間可以呈現(xiàn)任意的相對位置和相對姿態(tài)。

 (五)國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)：逐漸邁向市場

中國是當今世界機床制造大國，數(shù)控系統(tǒng)在性能、功能和成套化應用方面均取得了長足進步。

隨著技術的進步以及機床消費市場的升級，機床智能化正在成為機床企業(yè)的發(fā)展共識。我國機床行業(yè)由于發(fā)展問題，長期徘徊于機床消費中低端市場，如何提高機床制造水平，在高端市場更有作為，已經(jīng)成為機床企業(yè)乃至機床行業(yè)亟需解決的問題。智能化概念的出現(xiàn)，無疑給了中國機床發(fā)展的機遇。從各大機床生產(chǎn)商發(fā)布的各類智能化產(chǎn)品來看，智能機床一般具有以下特征。

智能校準。區(qū)別于傳統(tǒng)機床費時費力調校方式，智能機床依靠傳感器、機電一體化等技術，實現(xiàn)對加工的幾何誤差檢測，并自動確定誤差補償值。可以發(fā)現(xiàn)，智能校準的出現(xiàn)不僅大大降低了操作的難度，節(jié)約人力成本，還提高了加工的精度，以精確的感知彌補機床加工中的精度誤差。

智能感知。機床的智能感知可以分為對環(huán)境的感知和對加工的感知兩部分。對環(huán)境的感知包括對溫度的感知、對力的感知等。如裝備智能感知功能的機床將對加工中產(chǎn)生的熱進行靈活應對，降低溫度對精度的影響；可以在不必要的人機接觸時作出反應，避免工傷意外發(fā)生。對加工的智能感知包括對工件狀態(tài)的感知、對刀具狀態(tài)的感知等。具體表現(xiàn)為在加工中，能夠對工件的尺寸、形狀、位置做出準確的識別和抓?。粚崟r監(jiān)控刀具狀況等。

智能預測與維護。機床加工中會發(fā)生什么，發(fā)生了該怎么辦？以前這兩個問題都是交由富有經(jīng)驗的機床師傅解決，現(xiàn)在則可以交給具有智能預測和維護功能的機床解決。據(jù)了解，機床智能預測可以通過對程序的預讀預判，提前透析加工狀態(tài)。智能維護則可以通過加工中反饋上來的數(shù)據(jù)做出靈活調整，及時上報或自主優(yōu)化。除此之外，智能機床還具有網(wǎng)絡化、數(shù)字化、個性化等特征。

此外，中國企業(yè)針對零件(如手機殼)的大批量、表面光潔度高等特點，各自開發(fā)了多款專用系統(tǒng)和小型高速加工中心，大大降低了生產(chǎn)成本，該市場現(xiàn)已基本被國產(chǎn)系統(tǒng)和主機占領。

　不過，還是應該看到，國際上的數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)有很多成熟的產(chǎn)品，與世界機床強國相比，中國的機床產(chǎn)品在全球機床市場的競爭力差距依然很大。雖然時下機床產(chǎn)業(yè)不夠景氣，但作為機器的母機，在中國大力發(fā)展智能制造產(chǎn)業(yè)的大背景下，智能機床產(chǎn)業(yè)也必將有光明的未來。