在工科生心中,通常会有这样一个概念:三维空间中的物体具有6个自由度。就像右手坐标系那样的图解,这六个自由度分别是沿着X、Y、Z三个轴的直线自由度和绕这三个轴的旋转自由度,满足右手螺旋定则。
然而,由于这个概念的影响,我们可能会误以为实现空间任意方向加工,机床必须拥有6个自由度或6个轴。但事实并非如此。空间物体有6个自由度,并不意味着能实现任意角度加工的机床必须包含6个轴。这是问题的关键。
传统三轴机床在加工复杂形状或多孔性质工件时,需要使用特殊夹具和多次变换才能使刀具从各方向接触到工件。而五轴联动数控机床可以通过单次装夹进行高速、高精密加工。
因此,刀具(或测头)能够从任意方向接近工件才是实现任意角度加工的根本原因。五轴联动数控机床通过控制刀具(或测头)的位置和姿态来完成工作,因此关键问题在于如何描述这些位置和姿态。
三轴数控机床只能改变刀具(或测头)的位置,但其姿态固定,比如立式三轴机床中的刀尖一直沿Z轴移动,其位置完全由X、Y、Z三个直线坐标值确定。
相比之下,五軸機床通過添加兩個旋轉軸,即A軸和B軸,這些軸與X、Y、Z直線軸不同,它們允許更複雜形狀部件以更快,更精確方式進行處理。在五軸處理中,因為這兩個旋轉軸,所以刀具(或測頭)的位置與姿態都會隨著主動變化,而這些變化可以通過數控系統根據數控程序中的刀管矢量來控制。
總結來說,只要在三軌機器人基礎上再增加一個經緯參考點,就能讓工具從空間中任何角度接觸被加工材料,這就是為什麼我們稱它為“五象限”而不是“六象限”的原因。