第一章 第1章 多轴数控加工技术基础

      除少数简单零件结构（如零件侧面上的一个孔）多轴加工可以手工编制数控程序外，绝大部分多轴加工程序需要借助计算机辅助加工系统（CAM软件）来规划刀具路径，并通过合适的后处理程序将多轴加工刀具路径输出为适合该类型多轴加工机床使用的数控加工代码。目前，国内应用较广泛的多轴数控加工编程软件主要有英国Delcam公司的PowerMILL软件、德国Siemens公司的NX软件、美国CNC公司的Mastercam软件、以色列思美创公司的Cimatron软件以及德国OpenMIND公司的Hypermill软件等。这些软件基本上都有比较深的行业发展渊源，例如，NX软件脱胎于汽车设计与制造业、Cimatron软件则与航空器制造业有着紧密联系。
      对于普通企业而言，选择一款适合自身应用与发展的CAM软件不是件很容易的事情，尤其是应用于多轴联动加工的CAM系统。当评估加工用的CAM软件时，以下因素需要给予考虑。

1　柔性
      在选择多轴联动加工CAM软件时，柔性是需要考虑的一个重要特征。所谓柔性，可简单理解为CAM软件的适用性和可改变性。例如，用户正在使用一个带有多种策略的三轴CAM软件，具有良好柔性的CAM系统应可以将已经存在的三轴刀具路径转换为多轴加工刀具路径，使旋转刀具的倾斜角足以避免碰撞，这样就会带来更大的柔性，因为所有的三轴精加工路径都可以转化到五轴环境中使用。

2　可靠性
       多轴加工刀具路径的可靠性非常重要，因为多轴联动机床中增加了旋转坐标轴的转动，工艺系统内的各零部件之间发生碰撞的可能性大大增加，因此用于多轴联动加工的CAM软件的碰撞检测和避免措施必须可靠，否则可能会导致严重的后果。

3　易用性
      易于使用和多轴加工编程曾经被认为是互相排斥的，多轴加工编程被认为是复杂、费
时且干涉情况很严重的领域。如果在零部件加工中使用可自动生成刀具路径的CAM软件，
创建五轴刀具路径与创建三轴刀具路径一样简单，则这样的CAM软件是易用的、可操作的、具有亲和力的。

4　完善的多轴联合运动控制
      CAM软件必须具备完善的多轴联合运动控制功能。因为，多轴联动数控机床的旋转轴角度限制可影响到零件多轴加工方式的选择。CAM软件必须具备模拟具体的多轴联动数控机床并调整刀具路径以避免运动到旋转极限的功能。例如，某一五轴联动机床的C轴有极限，当C轴旋转到极限时，CAM软件必须能将机床C轴复位的指令写入刀具路径，同时要排除存在有碰撞的刀具路径段。
PowerMILL软件作为一款专业CAM系统，完全具备上述特性。下面就来详细介绍多轴加工编程软件的典型代表——PowerMILL。
      从CAM软件的发展历程来看，按其技术特点，可将CAM系统划分为三代。第一代CAM系统即APT系统，包括在专业系统上开发的编程机及部分编程软件，如：FANUC、Siemens编程机，系统结构为专机形式，基本处理方式是人工或辅助式直接计算数控加工刀具路径，编程目标与对象是刀具路径。其特点主要表现为功能不完善、操作困难以及通用性差。第二代CAM系统被称为曲面CAM系统，它的系统结构一般是CAD/CAM混合系统，较好地利用了CAD模型，以几何信息作为最终的结果，自动生成刀具路径。自动化、智能化程度得到了大幅度提高，具有代表性的是UG、Cimatron、Mastercam等。这类系统的基本特点是面向局部曲面的加工方式，表现为编程的难易程度与零件的复杂程度直接相关，而与产品的工艺特征、工艺复杂程度等却没有直接关系。
      第二代CAM系统以CAD模型的局部几何特征为目标对象的基本处理形式已经成为智能化、自动化水平进一步发展的制约因素。第三代CAM系统是采用面向对象、面向工艺特征的基本处理方式，使系统的自动化水平、智能化程度大大提高。系统结构将独立于CAD、CAPP（计算机辅助工艺编制）系统而存在，为CAPP的发展留下空间，同时也更符合网络集成化的要求。
      PowerMILL是英国Delcam公司积累了3O年数控加工经验，在旗舰产品Duct的基础上，推翻采用了20余年的UNIX内核，彻底改变传统混合型CAD／CAM结构体系，以当代制造加工专业需求为重点方向，重新开发，并于90年代初成功发布的基于Windows平台的、面向工艺特征的、符合工程化概念的最新一代智能型CAM 软件。
      英国Delcam公司是世界领先的专业化CAD/CAM软件公司，也是世界最大的专业CAM软件公司之一。Delcam公司软件的研发起源于世界著名高等学府剑桥大学，经过三十多年的发展，Delcam公司软件系列横跨产品设计、模具设计、产品加工、模具加工、逆向工程　艺术设计与雕刻加工、质量检测和协同合作管理等应用领域。