對於數控機床來說，數控係統就像大腦一樣負責處理信息並控製機床的動力。當要加工的零件形（xíng）狀不規則時，插補運算（suàn）可以解決；而當零件的形（xíng）狀（zhuàng）特殊，機床的刀具（jù）無法進（jìn）行切削時，五坐標聯動技術就派上了用場。
一提到工業，最（zuì）基礎的（de）就是製造。
而所謂製造就是把各種各樣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，零件的製造就是火星四濺的鑄鍛焊以及硬碰硬的車銑刨磨鉗，我們生活中見到的任何一個稍微有些形狀的金屬，在我們見到之前，都已經在工廠經曆了多（duō）次鐵與火的（de）淬煉。既然金（jīn）屬零件是機器製造（zào）的，那麽機器又是如何製（zhì）造的呢？原來，它是通過機床完成的。
（一）從機床到數控機床，機器不再無腦幹活
機床是其他機（jī）器的“母機”。
煉鋼廠出產的鋼鐵並不是我們在生活中見（jiàn）到的各種奇奇怪怪的（de）形狀，而是板材、管材、鑄錠等等形狀比（bǐ）較規則的材料，這些材料要加工成各種形狀的零件就需要使用機床進行切削；還有一（yī）些精（jīng）度要（yào）求較高和表麵粗糙度要求較細的零件，就（jiù）要在（zài）機床上用精細繁複的工藝切出來或者磨出來。
和所（suǒ）有的機器一樣，最初的（de）機床（chuáng）包括動力裝置、傳動裝置和執行裝置（zhì），靠電機轉動輸入動力，通過傳（chuán）動裝置帶著被加（jiā）工的工件或者刀（dāo）具進行相（xiàng）對運動，至於在哪兒下刀、切多少、多快（kuài）速度切等等問題，則由人在加工過程中（zhōng）直接進行控製。
由於傳統（tǒng）機床使用的電機的轉（zhuǎn）速在（zài）工作時基本上是（shì）不（bú）變的，為了實現不同的切削速度，傳統的機床設（shè）計了極為複雜的傳動（dòng）係統。這種複雜度的機械在現今的設計中已經不多見了。
而隨著伺服電機（伺服電機就是（shì）可以在一定範圍內精確控製電機的（de）位置和轉速的（de）電機）技術的（de）發展及其在數控機床上的應用，直（zhí）接控製電機的轉速（sù）變得方便快捷效（xiào）率高，而且基本上是無級變速，傳動係統的結構大大簡化，甚至出現了很多環節電（diàn）機直接連接到執行機（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（yù）的一大趨勢。
結構的簡化還不夠，要（yào）實現各種各樣的形狀的零件的加工，還需要（yào）讓機床可以高效、準確的控（kòng）製多台（tái）電機合作（zuò）完成（chéng）整個加工過程。
這就要（yào）讓（ràng）機床成為有“腦（nǎo）子”的數控機床了。而（ér）這個腦子就是數控係（xì）統（tǒng），數控係統的水平高低決定了數控機（jī）床能幹多複雜、多精密的活兒，也（yě）決定了這台機床和他的（de）操作者的身價。
（二）數控係統能幹嘛？處理信（xìn）息並控製動力
數控係統（Numerical Controller System）是（shì）數控機床的大腦。
對於一般數控機床而言，往（wǎng）往包含人機控製界麵、數（shù）控係（xì）統（tǒng）、伺服（fú）驅（qū）動裝置、機床、檢測裝置等等，操作人員在一些計算機輔助製造軟件的幫助下，將加工過（guò）程所需的各種操作（如主軸變速等步驟以及工件的形狀（zhuàng）尺寸）用零（líng）件程序代碼（mǎ）表示，並通過人及控製界麵輸入（rù）到數控機床，之後由數控係統對這些信息進行（háng）處理和運算（suàn），並按零件程序的要求（qiú）控製伺服電機，實現刀具與工件（jiàn）的相對（duì）運動，以完成零件的加工。
數控係統完成諸多（duō）信息的存儲（chǔ）和處理（lǐ）的工作，並將信（xìn）息的處理結果以控製信號（hào）的形式傳給後續的伺服電機，這些（xiē）控製信號的工作效果（guǒ）依賴於兩大核心技術：一個是曲線曲麵的插補運算，一個（gè）是機床多軸的運動控製。
（三）零件（jiàn）形狀（zhuàng）太“自由”？靠（kào）插補（bǔ）運算搞定（dìng）
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，就可以直接控製電機生成（chéng）了。
但是製造過程中很多零件的形狀可以（yǐ）說是十（shí）分（fèn）“自由”的，既不圓、也不方，甚至都不知道是什麽形狀，例如汽車、輪船、飛機、模具、藝（yì）術品等產品常遇（yù）到不能用解析式描（miáo）述的曲線曲麵，這類曲線曲（qǔ）麵稱為自由曲線（Free Form Curves）或自由曲麵。
要切出來這些（xiē）“自由”的形狀，刀具和工件之（zhī）間的相對（duì）運動也相應的十分複雜。具體到操作中（zhōng），就是要控製工件台、刀（dāo）具都按照設計好的位置-時間曲線進行運動，控製這二者（zhě）在規定的時間以指定的姿態到達指（zhǐ）定的位置。
機床可以在工件和刀具之間很好地完成（chéng）直線段、圓弧或其他的有解析式的樣（yàng）條曲線的相對運動，而這種複雜的“自由（yóu）”運動又該怎麽（me）完成呢？答案是依靠插補運算。
所謂插補，就（jiù）是按照一定方法確定數控機床上刀具（jù）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（zēng）加一些新的中間點，並控製工件台和刀具通過這些中間點，進而就能（néng）完（wán）成（chéng）整個運動。
而（ér）這些（xiē）中間點（diǎn）之間，則通過線段、圓弧或者樣條曲線等來連接。相當於用數段微小的線段（duàn）和圓弧去逼近要求（qiú）的曲線和曲麵，這就是插補的本質。
流行（háng）的插補算法包括逐點比較法、數字（zì）增量法等（děng），而利用Nurbs樣條曲線進行插補因為其效（xiào）率高、精度好（hǎo）而得到了高端數（shù）控機床的青睞（lài）。
（四）刀的姿態不對無法加工（gōng）？五（wǔ）坐標聯動分分鍾搞定（dìng）
加工複雜曲麵不光要理論上可以加工，還需（xū）要考慮刀具和被加工的表麵之間的（de）相對位置關係（xì）。
一方麵（miàn）如果刀具的姿態不合適會導致加工的表麵質量低（dī）下；另一方麵刀具還會和加工（gōng）好的零件結構互相幹涉，不調整（zhěng）刀具的相對姿（zī）態根本沒有辦法加工。這（zhè）就需要賦予數（shù）控機床更多的（de）運動自由度，使之更為靈巧。
由於我們所處的三維空間的相對（duì）運動隻（zhī）包（bāo）含（hán）六個自由（yóu）度（3個平動自由度（dù）以（yǐ）及3個（gè）轉動自由度），五坐標聯動就是使數控機床（chuáng）在具有空間上x、y、z三個方（fāng）向的平動自由度外，又（yòu）增加了兩個方向的轉動的自由（yóu）度，再（zài）加上刀具本身的用於切削的轉動自由（yóu）度，這樣刀具和工件之間的相對（duì）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（duì）位置和相（xiàng）對姿態。
（五）國產數控（kòng）係統（tǒng）：逐漸（jiàn）邁（mài）向高端市場
中國是當今（jīn）世（shì）界機（jī）床製造大國，數控係統在性能、功能（néng）和成套化應用方麵（miàn）均取得了長足進步。
其中，低（dī）檔數控係統幾乎（hū）完全取代了進口，中檔數（shù）控係統在係（xì）列化、商（shāng）品化和產業化方麵成效顯著。高檔數（shù）控係統已突破實（shí）現了五軸聯動功能，並在六軸（zhóu）數控砂帶磨床、五軸葉片銑床和車銑複合機床等設備上得到了示範應用。
此外，中國企業（yè）針對零件（如手機殼）的大批量、表（biǎo）麵光潔度高等特點，各自開發了多款專用係統（tǒng）和小型高速加工中心，大大降低了生產成本，該市場現已基本被國產係統和主機占領（lǐng）。
不過，還是應該（gāi）看到，國際上的（de）數控係統已經有很多成熟的高端（duān）產品，與世界機床強國相比，中國的機床產品在全球機床市場的競爭力差距依然很大
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