在工科生脑海里，通常会有这样一个概念：三维空间中的一个物体具有6个自由度。我们来探讨为什么五轴数控机床选择了五轴联动而非六轴联动。
首先，让我们回顾一下三维空间中一个物体的6个自由度，它们分别是沿着X、Y、Z三个轴的直线自由度，以及绕这三个轴的旋转自由度。这一概念可能导致人们误以为“实现空间任意方向进行加工，机床就得拥有6个自由度或6个轴”。然而，这只是问题的一部分。
传统的三轴加工机床在处理包含复杂表面或多孔产品时，需要使用特殊夹具和重复变换过程。而近年来的发展使得五轴制御加工机能够高效地加工复杂形状部品。
关键在于刀具（或测头）的位置和姿态控制。虽然刀具（或测头）位置随时间变化，但其姿态保持固定。因此，我们需要通过描述刀具（或测头）的位置和姿态来理解如何实现任意角度加工。
对于三轴数控机床来说，只需通过X、Y、Z三个直线坐标值就能确定刀具（或测头）的位置和姿态。在这种情况下，由于主軸上的某点为参考点，可以完全用这些直线坐标确定，而不需要考虑额外的旋转角度。
相比之下，五轴数控机床增加了两个旋转轴，使得可以改变刀具（或测头）的位置和姿态。这里涉及到了“刀架矢量”的概念，它是一个单位向量(i, j, k)，代表了对XYZ六个方向投影值。如果将这个矢量看作地球上经纬度一样，我们只需两个参数即可描述任何球面上的点，即使有两种不同的表示方式——显式表达与隐式表达。但无论哪种形式，都只有两个实际参数，因为存在隐性约束关系。这意味着尽管有六个坐标系，但是由于每一点都对应一个特定的矢量，所以最终仍然只需要两个独立参数来定义它。
因此，在实际操作中，不同于飞行器位移描述所需欧拉角3组合使用的情况下；对于机械臂系统或者工具路径规划来说，只要确保工具端口朝向正确并且达到预设目标点即可满足要求，因此二维解释法已经足够了。
最后，这些技术让我们能够更有效地制造出世界上最先进的人类智能机器人，从而提高生产力，并开辟新的可能性。此文已授权给您阅读，如需继续深入了解，请访问【科研狗】官方网站，或关注微信公众号获取更多相关内容。
