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,这六个自由度分别是沿着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。然而,这并不是说为了实现任意角度加工,我们必须拥有6个自由度或6个轴。
传统的三轴机床在处理复杂形状和多孔产品时,需要通过特殊夹具来调整刀具方向,并且经常进行几次工序变换。但是,随着五轴联动数控机床的兴起,可以在单一装夹下快速高精地加工这些复杂形状。
关键在于刀具(或测头)可以从任何方向接近物体,这就是实现任意角度加工的根本。这与如何描述刀具(或测头)的位置和姿态有关。
三轴数控机床仅需控制刀具(或测头)的位置,而不改变其姿态。例如,在立式三轴机床中,刀尖一直沿着Z轴移动,其位置可由X、Y、Z三个直线轴确定。
五轴数控机床则是在此基础上增加了两个旋转軸A和B,它们允许更灵活地定位工具,使得同样能够描述工具全局状态,并且能从更多角度对物体进行操作。在五軸系統中,由於這兩個旋轉軸的存在,使得工具可以從幾何上完全被定義,只需要指定它與工作表面之間的一個固定的參考點即可。此外,這些機器還能提供更加複雜曲面的加工能力,因為它們可以從幾個不同角向切割進行動作。