在工程领域,人们往往会将三维空间中的物体与六个自由度联系起来。例如,在图中所示的右手坐标系中,这六个自由度分别包括沿X、Y、Z三个轴的直线运动和绕这三个轴旋转。然而,这并不意味着为了实现任意角度加工就必须具备六个独立的轴。实际上,五轴联动机床已经能够高效地处理复杂形状部件。
传统三轴机床在加工具有多孔或复杂表面的零件时,通常需要特殊夹具和多次工序变换才能确保工具从不同方向接触到工作件。而五轴联动数控机床则可以在单次装夹下完成高速、高精度的加工。这是因为五轴机床允许刀具(或测头)从任何角度接近工作件,从而实现了任意角度加工。
关键在于如何描述刀具(或测头)的位置和姿态。在三轾数控机床中,虽然刀具(或测头)的位置变化,但其姿态固定,如立式三轨机床,其刀台始终沿着Z 轴方向移动,而通过X、Y、Z 三个直线軸的坐标值即可确定其位置和姿态。
相比之下,五轿数控机床通过添加两个旋转軸,即A 和B 轴,使得刀具(或测头)的位置和姿态都能改变。这两个旋转軸使得刀具(或测头)能够以不同的方式切割材料,从而增加了其灵活性。此外,由于这些额外的旋转軸,可以使用“刀锥向量”来描述刀具(或测头)的姿态,这是一个由三个单位向量构成的矢量,它代表了在X、Y 和 Z 坐标系上的投影值。
因此,只需结合额外两個轉動軸與數控系統,便能控制這些機械部件進行複雜形狀加工,並實現任意複雜曲面的精密處理。这样的设备就是我们所说的五軸聯動數控機床。