傳統的球形曲而數控加工均是用等層環(huán)切或等距行切的點位插補的數控加工方法，應用該方法數控加工球形曲而的效率低、質量差。

　　為了解決傳統的球形曲而數控加工效率低、質量差的問題，我們專門進行了球形曲面包絡法數控加工技術的研究。首先，收集了國內外關于球形曲面數控加工方面的技術資料；其次，對球形曲面數學模型及其加工方法進行系統的技術分析和研究；再次，確定球形曲面的包絡法加工策略及其切削方式；最后，設計出球形曲面包絡法數控加工控制軟件。

　　本文介紹了一種具有自主知識產權的高效球面數控銑削加工技術，該技術突破了球面無殘余余量和最短切削路徑的數控加工技術，并極大地提高了球形曲面的數控加工效率。球形曲面的幾何特征球形曲面是一種具有母線或包絡線曲面。球形曲面的母線有無數條，其中，圓形母線（即等于球形曲面直徑的半圓）是最常見的，而形成球形曲面的圓形包絡線也有無數種，其中，圓形包絡線的直徑范圍為φ0~φD，即最小的圓包絡線為一點，最大的圓包絡線是直徑等于球形曲面直徑的圓，形成球形曲面的母線對研究球形曲面繞其回轉軸線旋轉加工（如車削加工）方法是很重要的，而形成球形曲面的圓形包絡線對研究球形曲面的銑削加工尤為重要。

　　傳統的球形曲面加工方法

　　傳統的球形曲面（包括其他曲面）的數控銑削加工方法均采用點位插補法，亦即圓包絡線的直徑為0。顯而易見，用點位插補法形成球形曲面是由有限個點而連成的有限個折線組成的，這種加工方法不但加工效率低，而且被加工球形曲面的粗糙度也很差，因此，要保證被加工球形曲面的質量，也就很難談加工效率。

　　用點位插補法形成球形曲面的方法有可以分為兩種，一種是應用傳統編程軟件 UG、Pro_E、CATIA 等進行等行距環(huán)切或行切的方法，當采用等深度（△T）進行環(huán)切點位插補時，由于水球深度增大（即Z 向坐標值減小），而球形曲面的寬度值（即X 或Y 向坐標值）與Z 不是線性函數關系，而是符合圓方程的三角函數關系，這樣就導致了被加工球形曲面殘余余量不均勻，即被加工球形曲面粗糙度差，尤其是在凸球的頂部，殘余余量特別大；另一種則是應用參數化編程進行環(huán)切的方法，該方法應用了一個角度參變量（△α），使得Z 與X 和Y 坐標之間的函數關系是一個直徑為球形曲面直徑的圓，而且，采用的圓弧插補（G02或 G03）替代了點位插補（G01），從而實現了球形曲面等殘余余量加工以及三坐標最短切削路徑的加工技術，極大地提高了被加工表面的質量和加工效率。

　　包絡法球形曲面數控加工方法

　　包絡法加工技術打破了傳統的點位插補數控加工方法，實現了線動成面的加工方法，因而，該技術解決了球形曲面無殘余余量和五坐標最短切削路徑的數控銑削加工技術，并極大地提高了其數控加工效率和質量。

　　如前文中所述，圓形包絡線的直徑范圍為0~D。當圓形包絡線的直徑為φ0，即最小的圓包絡線為一點時，適用于點位插補加工方法；否則，適合包絡法加工。采用包絡法加工球形曲面時，圓形包絡線的直徑越大，則加工效率越高，最大的圓包絡線是直徑等于球形曲面直徑的圓

　　刀具回轉面與被加工球形曲面的切線即是一條球形曲面包絡線，亦即刀具的直徑越大，加工效率越高，刀具每環(huán)切一次所加工球形面積就越大，刀具與被加工球形曲面包絡數控加工關系。

　　當刀具選定后，則可以根據刀具的直徑、刀具的轉接R 以及球形表面的直徑計算出刀具包絡環(huán)切的初始位置、最終位置和每次環(huán)切的位置。刀具切削刃回轉面（圓環(huán)）始終與被加工球形曲面相切，且切線為一個圓，亦即被加工球形曲面的一條母線。該母線每次圓弧插補包絡環(huán)切加工出球形曲面的一個環(huán)形面，完后再圓弧插補進入下一次包絡環(huán)切加工。

　　包絡法球形曲面數控加工控制軟件

　　應用 Visual Basic 6.0 軟件設計語言，我們先后開發(fā)了參數化球形曲面包絡法數控銑削加工 NC 程序設計軟件，實現了球形曲面包絡法五坐標數控銑削加工技術，達到了球形曲面無殘余余量與五坐標最短切削路徑的數控銑削加工。該加工方法極大地提高了被加工球形曲面的質量和加工效率，使其粗加工效率至少提高 1 倍，而可以將其精加工效率提高了至少幾十倍。

　　球形曲面包絡法數控加工技術的應用與推廣

　　包絡法加工技術打破了傳統的點位插補數控加工方法，實現了線動成面的加工方法，因而，極大地提高了加工效率和被加工表面質量。該技術已經成功地應用在飛機大型鈑金拉伸曲面成型模具的加工，使其粗加工效率提高 2~3 倍，精加工效率提高幾十倍。該技術可以推廣應用到航天、航空精密球形曲面零件加工；汽車蒙皮拉伸模具制造；船舶、機床等制造業(yè)的球形曲面零件及模具的數控銑削加工，無論是加工精度還是加工效率都將有很高提升。

　　優(yōu)質高效包絡法數控加工技術展望

　　不斷改進和優(yōu)化數控加工切削方式與走刀路徑是最有效的提高數控加工質量和效率的方法之一。該技術的推廣應用無疑將給球形曲面的數控銑削加工帶來一次技術革命。同時，該技術也可以延伸推廣到其他曲面的數控加工—基于包絡法的數控加工，即刀具軸線與被加工表面法線始終保持最小的夾角，從而可以極大提高曲面的加工質量和效率。