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。这种概念使得人们可能会误以为为了实现对任意角度的加工,机床必须具备6个自由度或6个轴。但实际上,虽然物体有6个自由度,但并非所有需要实现任意角度加工的机床都必须包含6个轴。这便是问题的关键。
传统三轴机床在处理复杂表面或多孔结构时,通常需要特殊夹具来确保刀具从不同方向接触到材料,并且可能需要重复更换工序。而五轴联动数控机床则能够通过单次装夹完成高速、高精密加工。此过程中,刀具(或测头)可以从任何方向靠近工作件,是实现任意角度加工的根本原因。
要了解这一点,我们首先需认识到控制刀具(或测头)的位置和姿态至关重要。在三轴数控机床中,由于刀具(或测头)的姿态是固定的,只需通过X、Y、Z三个直线轴的坐标值即可确定其位置和姿态。而五轴数控机床则增加了两个旋转軸,使得刀具(或测头)的位置和姿态都能改变。
在五軸處理過程中,由於這兩個旋轉軸存在,因此會影響到刀具(或測頭)的位置以及它們如何對應於主軸上的某個參考點。顯然,這些信息可以通過X、Y、Z四個直線軸以及A/B兩個旋轉軸來描述。然而,這並不意味著我們已經完全描述了所有必要信息,因為還有一些關於切削工具相對主軸中心點距離等問題未被討論。
因此,用一個通俗但略显简化的话来说,只需在三维空间内添加两个额外的旋转参数,就能够控制工具以任何方向接近工作件,从而进行任意复杂表面的加工。这就是为什么拥有这些额外参数能力的人造智能机械,如我们称之为“五轨”数控车床,可以执行更加复杂操作,而其他类型如“三维”数控车床则受到更多限制,因为它们只能沿着固定路径移动,以保持其初始设置下的同一偏差与形状特性。