对于数控机床来说，数控系统就（jiù）像大脑一样负责处（chù）理信息并控制机床的动力。当要加工的零件形状不规则时，插补运（yùn）算可以解决；而当零件的形状特殊，机床的刀具无法进行切削时（shí），五坐标联动技术就派上了用场。
一提到工业，最（zuì）基础的就是制造。
而所谓制造就是把各种各样的东西从原材料变成零件再装配成产（chǎn）品。在传统的金属加工领域，零件的制造就是火星四溅的铸（zhù）锻焊以及硬碰硬（yìng）的（de）车铣刨磨（mó）钳，我们生活中见到的任何一个稍微有些形状（zhuàng）的金属，在我（wǒ）们见到之前（qián），都（dōu）已经在工厂经历了多（duō）次铁与火的淬炼。既然金属零件是机（jī）器制造的，那么机器又是如何制造的呢？原来（lái），它是通过机床完成的。
（一）从机床到数控机床，机（jī）器不再无脑干活
机床是（shì）其他机器（qì）的“母机”。
炼（liàn）钢厂出产的钢铁并不是我们在生活中见到的（de）各种奇奇怪怪的形状，而是板材、管材、铸锭等等形状比较（jiào）规则的材（cái）料，这些（xiē）材料要加工成各（gè）种（zhǒng）形状的零件就需要使用机床进行切削；还有一些精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件，就要在机床上用精细繁复的工艺切（qiē）出来或（huò）者磨出来。
和所有的机器一样，最初的机床包括动力装置、传动（dòng）装置和执行装置，靠电机转动输入动力，通（tōng）过传动（dòng）装置（zhì）带着被加工的工件或（huò）者刀具进行相对运动，至于在哪儿下刀（dāo）、切多少、多快速度切等等问题，则由人在加工过程中直接（jiē）进行控制（zhì）。
由于传统机床使用的电机的（de）转速（sù）在（zài）工作时基本（běn）上是不变的，为（wéi）了实现不同的切削速（sù）度（dù），传统的机（jī）床设计了极为复（fù）杂的传动系统。这种复杂度的机械在现今的（de）设计中已经不（bú）多见了。
而（ér）随着伺服电机（伺服电（diàn）机就是可以在一定范围内精确（què）控制电机的位置和转速的电机）技术的发展及其在数控机床（chuáng）上的应（yīng）用，直接控制电机的转速变得方便快捷效率高，而且基本上是无级变速，传动（dòng）系统的结构大（dà）大简化，甚至出现（xiàn）了很多环节电机直接连接到执行机（jī）构上，而省（shěng）略了传动系统。
这种“直接驱（qū）动”的模式是现在机（jī）械设计领域的一大趋势。
结构的简化还不够，要（yào）实现各种各样的形状的零件的加工，还（hái）需要让机床可以高（gāo）效、准确的控制（zhì）多台电（diàn）机合作完成整个（gè）加工过程。
这就要（yào）让机床成为有“脑子”的数（shù）控机床了。而（ér）这个脑子就是数控系统，数控系统的水平高低决定了（le）数控机床能干多复杂、多精密的活儿，也决定了（le）这台机床和他（tā）的操作（zuò）者的身价。
（二）数（shù）控系统能干嘛？处理信息并控制动力
数控系统（Numerical Controller System）是数控机床的大脑。
对于一般数控机床而言，往往包含人机控制界面（miàn）、数控（kòng）系（xì）统、伺服驱动装置、机床、检测装置等等（děng），操作人（rén）员在一些计算机辅（fǔ）助制造（zào）软件的帮助下（xià），将加工过程所需的各种操作（如主轴变速等步骤以及工件的形状尺寸）用零件程序代码表示，并（bìng）通过人及控制界面输入到数控机床，之后由数（shù）控系统对这些信（xìn）息（xī）进行处理和运算，并按零件程序的要求（qiú）控制伺服电（diàn）机，实（shí）现刀具与工件的相对（duì）运动，以完成零件的加工。
数控系统完成诸多信息的存储和处理的工作（zuò），并将信息的（de）处理结果以控制信号的（de）形式传给后续的伺服电机，这些控制信号（hào）的工作效果依赖于两大核心技术：一个是曲线曲面（miàn）的插补运算，一个是机床多（duō）轴的运动控制。
（三）零件形状太“自由”？靠插补运算搞定
如果运动轨迹可以用解析式表达，则整个运动（dòng）就可以分解为几个坐标的独立运动的合成（chéng）运动，就（jiù）可以（yǐ）直接控（kòng）制电机生成了。
但是制造过（guò）程中很多（duō）零件的形状可以说是十分“自由”的，既（jì）不（bú）圆、也不（bú）方，甚至都不知道（dào）是什么形状（zhuàng），例如汽车、轮船、飞机（jī）、模具、艺术品等产品常遇到不能用（yòng）解析式描述的曲线曲面，这类曲线曲面称为自由曲线（Free Form Curves）或自由曲面。
要切出来这（zhè）些“自由（yóu）”的形（xíng）状，刀具（jù）和工件之间的相对运动也相应的十分复杂。具体到操作中，就（jiù）是要控制工件台、刀具都按照设计好的位置-时间（jiān）曲线进行运动，控制这二者在规定的时间以指定的姿态到达指定的位置（zhì）。
机床可以在工件和刀具之间很好地完成直线段、圆弧或（huò）其他的有解析式的样条曲线的相（xiàng）对运动，而这种复杂的（de）“自由”运（yùn）动又该怎么完成呢？答案是依靠（kào）插补运算。
所谓插补，就是按照一定方法确定数控机床上（shàng）刀（dāo）具的运动轨迹的过程。根据（jù）给定的速度和轨迹，在轨迹的已知点之间，增加一些新的中间点，并控制工件台和刀具通过这些中间点，进而就能（néng）完成整个运动（dòng）。
而这些中间点（diǎn）之间，则通过线段、圆弧或者样条曲线等来连接。相当（dāng）于用数段微小的线段和圆弧去逼近要求的曲（qǔ）线和曲面，这就是插补的（de）本质。
流行的插补算法包（bāo）括逐点比较法、数字增（zēng）量法等，而利用Nurbs样条曲线进行插补因为其效率高、精度好而（ér）得到了高端数控机床的青睐（lài）。
（四）刀的姿（zī）态不对无法加工？五坐标联（lián）动分分钟（zhōng）搞定
加工复杂曲（qǔ）面不光要理论上可以加工（gōng），还需要考虑刀具和被加工的表面之间（jiān）的相对位置关系。
一方（fāng）面如果刀具的姿态不合适会（huì）导致加工的表面质量低下（xià）；另一方面刀具还会和加工好的零件结构互相干涉，不调整刀具的相对姿态根本没有办（bàn）法加工。这就需要赋予数控机床（chuáng）更多的运动自由度，使（shǐ）之更为灵巧。
由于我们所处的三维空间的相对运动只（zhī）包含六个自由度（3个平动自由度以及3个转动自由（yóu）度），五坐标联动就是使数（shù）控机床在具有空间上x、y、z三个方向的平（píng）动自由（yóu）度外（wài），又增加了两个方向的转动的自由度，再加上（shàng）刀具本身（shēn）的用于切削的转动（dòng）自由度，这样刀具和工件之间（jiān）的相对运动就有了全部的六个自由（yóu）度，使得刀具和工件之间可以呈现任（rèn）意的相对位置和（hé）相对姿态。
（五）国产数控系统：逐渐迈向高端市场（chǎng）
中国是（shì）当今世界机（jī）床（chuáng）制（zhì）造大国，数控系（xì）统（tǒng）在性能、功能和成套化应用方面均取（qǔ）得了长足进步。
其中，低档数（shù）控系统几乎完全取代了（le）进口，中（zhōng）档数（shù）控系统在系列化、商品化和产业（yè）化方面成效显著。高档数控（kòng）系统已突（tū）破实现了五轴联动功能，并（bìng）在（zài）六轴数控砂带磨床、五轴叶片铣床和车铣复合机床等设备上得到了示范应用（yòng）。
此外，中国（guó）企业针对零件（如手机（jī）壳）的大批（pī）量（liàng）、表面光洁度高等特点，各自开发了多款专用（yòng）系统和小型高速加（jiā）工中心，大大降低了（le）生产成本，该市场现已基（jī）本被国产系统和主机（jī）占领。
不过，还是应该看到，国际上的数控系统已经有很多（duō）成熟的（de）高端产品，与世界机床强国相比，中国的机床产品在全（quán）球机床市场的竞争力差距依然很大
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