机床最高有几轴联动(数控机床标准机型为什么是三轴五轴联动而不是四轴六轴？)

Posted 2023-05-29

篇首语：走路不怕上高山，撑船不怕过险滩。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了机床最高有几轴联动(数控机床标准机型为什么是三轴五轴联动而不是四轴六轴？)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

机床最高有几轴联动(数控机床标准机型为什么是三轴五轴联动而不是四轴六轴？)

很多刚接触加工中心的人在看了一堆的三轴五轴的设备后是不是常常会有这样一个疑问：

如果想要实现一个工件任意角度的加工，为什么市面上标准机型的加工中心基本都是五轴联动而不是六轴联动呢？

有一种说法是，是因为不能悬空加工，必须要有一个自由度需要固定；

另一种说法是，主轴自转占用了一个自由度；

问题的答案真的是这样吗？先来看正确答案：

当然不是，实际上是因为只需要两个旋转自由度即可表示任意方向刀轴矢量，所以最少只要5个轴联动轴就可以实现任意角度的加工。而另一个说法中所谓的主轴自转占用了一个自由度，这里也要阐述一下：首先机床主轴就不是联动轴，其次，抛开刀具，如果是测头（本身不旋转）同样可以实现任意角度测量。

接下来我们来看看为什么说5个联动轴就可以实现任意角度加工。

首先，需要大家有这样一个概念：物体在空间具有6个自由度。

右手笛卡尔坐标系

这六个自由度分别为：沿X、Y、Z三个轴的直线自由度；和绕X、Y、Z三个轴的旋转自由度。

先来看三轴加工中心

三轴加工中心使用的是三轴联动，刀具不断变化的只是位置，而其姿态其实是固定的。所以通过X、Y、Z三个直线轴的坐标值就足以确定刀具的位置和姿态。

一般立式三轴机床的刀轴方向在加工过程中一直沿着机床的Z轴方向

再来看五轴加工中心

使用五轴联动数控机床，主要是因为刀具可以从任意方向接近工件，从而实现任意角度的加工，因此可以在单次装夹下进行复杂形状工件的高速、高精密加工。而如果是传统的三轴加工中心，要处理同样有复杂表面或者众多方向孔的工件的话，通常就要使用特殊夹具以及多次进行工序变换。

这是通过什么实现的呢？主要依靠改变刀具的姿态。可能有些人就会觉得既然空间上有6自由度，是不是就需要3+3一共6个轴才能实现准确的定位呢？答案是否定的，因为刀具的姿态只需要2个轴的旋转角度就可以表示。

通过转角和摆角，即可确定任意一点相对于坐标原点的空间方向

上图是最常见的球极坐标系，又称空间极坐标，在这个坐标系内，通过转角、摆角、半径三个参数，可以确定空间中任意一点。如果去掉半径，仅通过转角和摆角，也可以确定任意一点相对于坐标原点的空间方向。对应到五轴加工中心上即是2个轴的旋转角度，我们就可以确定刀具的姿态，再配合之前的3个平动轴，实现刀具从任意方向接近工件的需求。

结果就显而易见，五轴能实现的功能，自然就不需要用更多的联动轴。这也不单纯是成本的原因，还有一个原因就是联动轴数越少，机床结构也就越简单、紧凑，这点会直接影响机床的动刚度和静刚度。越是高精度要求的数控机床，对于动刚度和静刚度的要求也越高。

机械臂

对于通用设备而言，五轴刚刚好，多一个轴自由度就会冗余，少一个轴，刀具就不能到达任意姿态。

不过世事无绝对，市面上六轴，甚至更多轴联动的设备也不是没有，但出发点不一样，多数是出于避障、提高加工的对称性、控制功率等特殊需求的定制机。比如说长行程龙门铣，天宫空间站配置的机械臂（七自由度，灵活度大大增强）等等。

通过上面的讲解，不知道大家是对为什么市面上常见的加工中心多是三轴和五轴有所了解了呢。