2025-01-23 资讯 0
在工科生心中，一个物体的自由度通常被认为是6个。这些自由度包括沿X、Y、Z三个轴的直线运动和绕这三个轴旋转。这一概念常常使人以为，只要能实现任意角度加工，机床就必须具备6个自由度或6个轴。但实际情况并非如此。
传统三轴加工机床在处理包含复杂表面或多孔结构的零件时，往往需要使用特殊夹具以及多次操作来调整工具与工作件之间的位置。而五轴联动数控机床则能够在单次装夹下进行高速、高精度加工，这是因为它允许刀具（或测头）从任何方向接近工作件，从而实现任意角度加工。
关键在于如何描述刀具（或测头）的位置和姿态。三轴数控机床虽然可以通过X、Y、Z三个直线轴来确定刀具位置，但其姿态却固定不变。相比之下，五轴机床增加了两个旋转轴，使得刀具（或测头）的位置和姿态都能改变。
为了描述这个变化，我们引入了“刀锥矢量”这一概念，它是一个三维单位向量，用以表示刀锥方向对XYZ六个坐标系中的投影值。在五軸數控機床中，這個矢量通過兩個旋轉軸的轉動來定義，並且這兩個軸可以組合成A、B两种形式：AX或者AY。
這樣，每一個點在地球上都有唯一對應的一個經緯度，也就是說每一個點都有唯一對應的一個切割法向量。因此，在5軸數控機床中，只需要兩個自由度，即切割法向量中的x,y分量即可確定，而不是像3D空间中的其他物體那樣需要六個自由度來完全定位。我們可以通過這兩種坐標系——球面坐標系統和直角坐標系統——來描述這些切割法向量，這些系統各自代表著不同的座標變換方式。
總結一下，由於控制工具從任意方向接近工件，是實現任意複雜曲面的加工的關鍵，因此我們不必擁有六條軸才能完成任意角落的運作。如果我們已經有一台具有足夠複雜性質操縱能力的三維運動平臺，那麼添加一些額外功能，比如二維運動平臺，可以讓我們達到更高級別的手術執行能力，並且還能保持成本效益。此外，這種方法也會減少所需的人力成本，因為它將自動化過程提高到了最大限度。一旦進入了智能制造時代，我們將發現自己處於一個全新的職業市場，其中技術技能與創新思維並重，而傳統技能則逐漸成為歷史。
