2025-01-23 资讯 0
在我心中，总有一个问题：三维空间中的物体拥有6个自由度，这是为什么五轴数控机床选择5个轴，而不是6个轴来实现加工呢？这个问题的答案隐藏在智能装备与系统的本质之中，它们属于什么类别？
我们先来看看传统的三轴机床。在它们处理复杂形状或具有多孔结构的部件时，工具必须从不同的角度接触到这些部分。为了做到这一点，他们使用特殊夹具并且需要进行多次操作变换。但随着时间的推移，五轴联动控制机床开始出现，它们能够以更高速度和更高精度完成同样的任务。
关键在于刀具（或测头）如何从任意方向接近工件。它是通过控制刀具（或测头）的位置和姿态来实现这项工作。因此，我们要探讨的是如何描述这些位置和姿态。
三轴数控机床上的刀具（或测头）位置会不断变化，但其姿态保持不变。例如，在立式三轴机床中，刀轴方向始终沿着Z轴方向。这可以用X、Y、Z三个直线坐标值来完全确定。
五轴数控机床则是在这种基础上增加了两个旋转軸——A、B、C軸。这两个额外的旋转軸允许刀具（或测头）的位置和姿态都发生改变。当你选择了主軸的一个参考点后，你可以通过X、Y、Z四个直线坐标来确定刀具（或测头）的位置。不过，当谈及到描述加工过程中的姿态时，就出现了“切割矢量”的概念。
切割矢量是一个表示单位向量(i, j, k)，其中每个元素分别对应于直线坐标X、Y、Z三个方向上的投影值。此向量模长为1，因此所有可能位置构成了一个球面。你可以通过两种方式之一定义这个球面的任意一点——经纬度或者直角坐标系。在经纬度系统中，有两个独立自由度，而在直角坐标系中，有三个相关自由度，但实际上仍然只有两个独立自由度，因为这三个相关自由度之间存在一个隐含约束关系：x^2 + y^2 + z^2 = 1。
所以，只需考虑两个旋转角就能确定球面上的某一特定点。而这些两个旋转角以及相应于X、三个直接垂直于此平面的其他二维平面的投影就是用以描述切割矢量所需信息。此信息建立了一对一映射关系，将二组参数相互映射，从而使得数控系统能够根据预定的切割矢量计算出必要旋转各自的初始位移，以及之后执行几何路径规划，以确保工具运动达到预设位姿状态，即既包含了正确的地理定位又包括正确的人体运动状态。
简而言之，由於只需要確定一個地球表面點的一個經緯線對應，那麼通過兩個獨立變數即可決定這個點，並且這兩個變數通過轉動於空間中的兩個不同基準來實現，這些基準與世界地圖進行對照時相同於我們通常所見的地理緯線與經線。但是當談論機器人運動學時，我們常常會遇到歐拉角問題，因為它們涉及到了扭轉並翻滾的情況，不僅如此，它們還牽涉到了角色扮演遊戲中的角色扮演情景。我們知道飛機航行時，他們被描述為由偏航仰俯翻滚組成。他們各自代表著飛機朝向北方90°轉動後再朝西方45°轉動，以及最後朝下方30°俯仰等幾種運動狀態。如果將這些運動視為單純物理性質則會發現任何一個角色扮演遊戲玩家也許能輕易理解，但是如果從心理學觀點看待則一切都變得複雜無比！
總結來說，尽管六条自由道理论听起来很自然，但实际情况却并不总是这样。当然，如果我们想要了解更多关于这个话题的话，可以继续深入研究智能装备与系统，并探索它们属于哪一类别的问题。
