文献综述
随着现代机械行业和计算机技术的飞速发展,数控设备的应用突飞猛进,与之配套的计算机辅助制造(CAM)技术,显示出其巨大的潜力,并广泛应用于工程设计和数控加工等领域中。随着信息加工技术的不断发展，我国机床制造业国际化发展是必然趋势。众所周知，机床产业是国民经济发展的基础装备产业，机床作为当今机械加工产业的主要设备，在一定程度上反映了一个国家机械制造产业水平的高低[1]。传统的三轴数控机床在加工过程中需要将零件重新安装、定位和夹紧，会产生加工效率较低且精度不高的问题[2]。而代表机床制造业最高境界的五轴联动数控机床，是一种科技含量高、精密度高、专门用于加工复杂曲面的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。
五轴联动数控机床是指在一台机床上至少有5个坐标轴（3个直线坐标和两个旋转坐标），而且可以在数控计算机系统的控制下同时协调运动进行加工。它的优势在于：可一次性完成零件的五面加工，减小重复装夹次数，提高加工精度，节约时间。众所周知，重新夹装被加工件，对夹装位置要求很高。多次装夹需要重新寻找基准坐标，会影响加工的定位精度。用五轴联动机床一次定位后可以完成对5个面位的加工，对于只要求加工5个面位及以下的零部件能一次完成全部加工[3]。五轴联动数控机床之中不仅涵盖着X/Y和Z三个直线运动坐标系，同时还存在着两个旋转坐标轴，实现旋转进给运动，工作台和主轴头之前，还存在这多轴联动机制，实现连续性的进给运动，最终完成曲面加工工作任务[4]。五轴联动数控机床可以按照工作台和主轴头二者的配合运动形式，将其分为回转复合工作台型 摆动、回转复合工作台型 摆动、工作台回转混合 主轴头摆动。
PowerMill软件是英国Delcam Plc公司出品的一款加工功能非常强大的加工软件，它可以帮助用户产生最佳的加工方案，从而提高加工效率，并且优化刀具路径，计算速度更快，支持高速、多轴加工，无过切与碰撞。国内便有许多学者对于基于PowerMill软件的五轴数控加工进行了各种研究，包括分析零件造型、刀轨生成、仿真加工、后处理程序、代码生成、机床加工等过程。陈建武通过对五轴数控机床的数控加工控制方式进行探讨，并对这些控制方式的数控加工路径进行了分析，从而明确了各个控制方式来编缉数控加工路径中的重难点，在此基础上对PowerMill软件在数控加工路径中的编缉应用进行了分析，从而明确了PowerMill软件的具体应用及其应用优势，通过PowerMill软件来对数控加工路径进行高效合理的编缉，能够使数控机床效率得到明显提高，从而提高了工件的加工质量，进而为数控机床加工人员提供了宝贵的参考意见；王亮和涂莉娟利用 PowerMill软件进行自动编程与加工，本加工方法以及加工程序，提高了加工的效率，大批量加工时解决了加工精度难以控制的问题，同时也降低了人工成本；李亚平和孟丽霞运用PowerMill软件，从零件的输入模型到CAM数控加工的流程进行了分析探讨，通过选择合理的加工方法、设置合理的工艺参数得出典型零件的数控加工程序和工艺参数,并进行虚拟数控加工，验证加工代码的正确性；张炜等人利用PowerMill进行数控自动编程加工，操作简便提高了零件的编程准确率，避免了撞刀、过切等加工事故，并可通过参数设置，以鲜明色彩标识刀具轨迹，利用后处理模块生成机床对应NC程序，提供面向对象式加工方案，便于加工过程中的质量控制，并能通过实体切削仿真，预先发现加工错误，减少了零件的试制周期，节约成本，并且提高了零件加工精度，保证了零件的加工质量；郭山国等人介绍了基于DelCAM的PowerMill软件平台使用专用模块生成叶轮粗精加工比较合理的刀具路径，并经后置处理转换成标准的NC程序，最后在SKY-CNC型双转台五轴联动数控机床上进行实际加工，加工出的叶轮产品符合要求。所以PowerMill软件的叶盘加工专用模块可以很好地加工出表面质量比较好、尺寸精度比较高的叶轮类产品，也为使用各类五轴联动机床加工叶轮类零件提供一定参考[5-9]。
无独有偶，在国外也有许多诸如此类的研究。TUDOR和EMILY K指出，PowerMill的刀具啮合技术不仅可以用于粗加工和剩余粗加工操作，还可以与系统的所有精加工和剩余精加工策略一起使用，以确保各个阶段的刀具路径安全，在PowerMill中生产的库存模型的准确性是每一个加工阶段顺利完成的关键，同时，库存模型还确保刀具路径不会在没有剩余材料的地方产生，因此机床永远不会留下切削空气；Nuodi Huang等人提出了一种基于触摸触发式测头的五轴机床回转轴几何误差测量与识别的高效、准确、自动的方法，五轴机床可以同时控制刀具的位置和方向，广泛应用于复杂结构和复杂曲面的加工，因此他们认为，针对机床的定位不确定性和旋转轴的几何误差，开发一种高效、自动的几何误差校准方法是制造业的一项重要任务[10-11]。
在使用数控车床加工零件时，最后的加工效果受工艺和程序编制的影响很大，而零件的工艺分析与制定是数控加工的基础，无论是进行手工编程还是计算机的自动编程，都必须在编程之前完成轴类零件的工艺分析以及制定。如果工艺分析和设计不合理，很可能导致编程的复杂性和工作量成倍增加，增加加工过程的消耗甚至出现加工差错。因此，合理的工艺分析是数控加工的必要环节，同时为提升数控加工质量，减少试制零件的材料及时间消耗。通常情况下工艺分析在明确需加工零件的材料、尺寸、热处理方式等前提下，重点的工作还是根据零件的特点，确定零件加工的步骤和先后过程，为后续的编程和加工提供基础性的支持[12]。
刘敏以叶轮模型为例，利用 PowerMill软件进行自动编程和加工，从叶轮的数控编程和加工可以看出，采用自动编程技术，能够提高CAM系统的使用效率。自动编程也称为计算机编程，将输入计算机的零件设计和加工信息转换称为数控装置能够读取和执行的指令（或信息）的过程就是自动编程。随着数控技术的发展，数控加工在机械制造业的应用日趋广泛，数控编程能力与生产不匹配的矛盾日益明显。随着计算机技术的逐步完善和发展，给数控技术带来了新的发展奇迹，其强大的计算功能，完善的图形处理能力都为数控编程的高效化、智能化提供了良好的开发平台。目前，CAD/CAM 图形交互式自动编程已得到较多的应用，是数控技术发展的新趋势。随着 CIMS 技术的发展，当前又出现了 CAD/CAPP/CAM 集成的全自动编程方式，其编程所需的加工工艺参数不必由人工参与，直接从系统内的 CAPP 数据库获得，推动数控机床系统自动化的进一步发展[13]。
采用先进的仿真加工技术进行零件加工的虚拟验证也是十分必要的。仿真加工技术作为一门集计算机技术、现代机械制造技术、自动化控制技术及测量技术等多学科交叉技术于一体的高新技术，是实现企业现代制造数字化、柔性化、自动化和信息化的基础。这一技术是利用三维软件建立或调用实体3D模型，通过优化三维模型，调整装夹定位、加工顺序、刀具选择以及进给量等加工参数，软件自动分析零件并模拟加工过程[14]。
利用PowerMill软件的五轴高速加工编程系统，可以分析典型多面体零件的造型、刀轨生成、仿真加工、后处理程序、代码生成、机床加工等数控加工过程，实现零件自动编程加工。对于机床主轴或工作台同时需要进行线性运动和旋转轴运动的五轴加工，PowerMill可以提供多个完善的加工策略，从而提高CAM工作效率，节省加工时间[15]。本课题利用五轴联动数控教学机，采用三维软件造型、零件进行数控编程和数控仿真加工，加工出符合技术要求的零件。
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