在工科生眼中,三维空间中的一个物体通常被认为有六个自由度。然而,这并不意味着所有实现空间任意方向加工的机床都必须拥有六个轴或自由度。五轴联动数控机床之所以不使用六轴,是因为它们通过特殊的设计和控制系统来实现复杂形状的高速、高精度加工。
传统三轴机床在处理包含多种复杂表面或具有不同方向孔洞的零件时,需要使用专门夹具并进行多次操作变换才能使刀具从各种角度接触到工作件。而五轴联动数控机床则可以在单次装夹下完成这些任务,提高了效率和精确性。
要理解为什么选择五轴而不是六轴,我们首先需要了解刀具(或测头)的位置和姿态是如何描述的。在三坐标数控机床中,虽然刀具位置变化,但其姿态固定;例如,在立式三坐标机床中,刀锥沿着Z轴方向移动,而X、Y、Z三个直线运动足以确定刀具位置和姿态。
相比之下,五坐标数控机床增加了两个旋转軸,使得每个旋转軸可以独立控制,从而能够更灵活地改变刀具(或测头)的位置和姿态。这两种情况下的关键区别是:在五坐标系统中,可以通过两个旋转軸来描述一个球面的任何点,即便只需两个自由度即可确定该点所对应的经纬度。此外,由于此二维投影完全由两个互相垂直旋转軸决定,它们之间没有额外约束条件。
综上所述,加上第二个旋转軸后,不仅允许我们更灵活地操纵工具,而且我们也能将这两组数据映射到实际世界中的任意位置,无论是对于检测还是切割。这种方法让人自然会想到经纬度,因为它提供了一个简洁且高效的方式来描述地球上的任何地点,并且仅需两个参数即可定位。这也是为什么人们倾向于用“经纬”这个概念去解释这个过程。