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在實際生產加工中曲面的加工編程往往有自動編程和宏程序 手工編程兩種形式。自動編程常常借助于CAD/CAM軟件，由于 CAD/CAM軟件構造曲面的底層數學模型所限，也由于CAD/CAM軟 件對曲面生成刀具軌跡的逼近原理所限，在執行事實上真正的整圓 或圓弧軌跡時，軟件無法智能地判斷，生成的程序并不是G02/GO3 指令，而是G01逐點逼近形成的圓。如此一來不但生成的程序指令 占據龐大的空間使得機床反應遲鈍，更重要的是由于直線逼近原理 會使在造型期間的計算誤差在加工過程中被放大進而影響工件精 度及表面質量。本文以典型外球面的曲面手工編程加工為例詳細進 行了加工分析，并以實踐方式得以論證。通過詳細實踐操作、詳細分 析終得出加工路徑的合理性對實際加工工件的性能及質量的影 響，重要的是加工分析思路，由此可以更大程度影響以后實際加工， 并且對于數控教學也有很大的指導意義。

1外球面加工基本知識

1.1球面加工常用刀具的選擇

粗加工可以使用鍵槽銑刀或立銑刀，也可以使用球頭銑刀。精 加工應使用球頭銑刀。

1.2 球面加工的走刀路線

_般使用一系列水平面截球面所形成的同心圓來完成走刀。在 進刀控制上有從上向下進刀和從下向上進刀兩種，一般應使用從下 向上進刀來完成加工，此時主要利用銑刀側刃切削，表面質量較好， 端刃磨損較小，同時切削力將刀具向欠切方向推，有利于控制加工 尺寸。

1.3 進刀控制算法 1.3.1進刀點的算法

① 先根據允許的加工誤差和表面粗糙度，確定合理的Z向進刀 量，再根據給定加工深度Z,計算加工圓的半徑，即：r=sqrt[R2-z2]。此 算法走刀次數較多。

② 先根據允許的加工誤差和表面粗糙度，確定兩相鄰進刀點相 對球心的角度增量，再根據角度計算進刀點的r和Z值，即Z = R*sin0，r=R*cos0。

1.3.2進刀軌跡的處理

① 對立銑刀加工，曲面加工是刀尖完成的，當刀尖沿圓弧運動 時，其刀具中心運動軌跡也是_行徑的圓弧，只是位置相差一個刀 具半徑。

② 對球頭刀加工，曲面加工是球刃完成的，其刀具中心是球面 的同心球面，半徑相差一個刀具半徑。

2加工方案提出及分析

2.1方案提出

2.1.1 逐層加工法

逐層加工法就是應用宏程序設置循環驅動銑刀，在同_平面用 GO2/GO3銑削圓臺時Z向保持不變，待X、Y向銑削完成后X、Y向 運動停止后，銑刀再沿著Z軸向上或向下進行插補，待到達值 后再進行第二次循環，直到整個循環過程完成。

2.1.2 螺旋插補加工法

螺旋加工法是指整個銑削過程從下刀開始到終點銑刀沿某一 條特定的螺旋線上升或下降進行插補。整個插補過程Z軸的移動是 伴隨著X、Y的移動而逐步變化的。

2.2方案論證與實施 2.2.1 逐層加工法的分析

整個加工過程中的刀具路徑是這樣子的：銑刀在程序的控制下 首先以GO1的方式運行到預想圓的加工起始點，稍作停留，然后再按GO2/GO3的插補方式進行圓弧插補，待整圓加工完成后Z軸以 GO1方式向上或向下運動，到之后X、Y軸再按GO1方式運動， 重復以上步驟直到加工結束。

在整個加工過程中Z軸的運動總是獨立的、不連貫的，在加工 完一層后由于Z軸的遲鈍反應及突然加速，機床會發生顫抖”，而 由此產生的后果往往是致命的，輕的會影響工件精度或表面質量， 而重者則會折斷刀具。圖2-1就是逐層加工后的效果仿真放大圖。 實際加工中由于Z和X/Y軸的突然運動對工件的精度及表面質量 是顯而易見的。

分析上圖所示質量問題，造成這樣的后果主要是由于加工中心 的X、Y、Z三軸的運動不協調造成的，為了克服圖2-1中的質量問題 我們采取了常用的圓弧切入圓弧切出地方法進行加工。即圖2-2 所示的加工方法。

在采取了圓弧切入圓弧切出方法后表面質量有了明顯改觀，特 別是由于X/Y軸的移動造成的過切現象得到了*改善，實際放大 模擬效果如圖2-3。但是從下圖中可以明顯看出由于X、Y、Z三軸 的不協調造成的臺階現象還是沒有絲毫改變。

2.2.2螺旋插補法分析

為了*解決以上的現實問題，我們又提出了螺旋插補的加工 方法，如圖2-4加工示意圖所示，銑刀從球體的下端開始沿著一條 螺旋線緩緩上升，在上升的過程中機床的三個坐標軸同時運動，相 互協調完美結合。

3結論

生產實踐表明靈活安排加工工序，合理設置刀具加工路徑，在 數控加工中有著重要的意義。它給我們的編程和加工帶來很大的方 便，能大大地提高工件精度、表面質量以及工作效率。？

本文通過一個簡單的加工實例揭示了機械加工領域發展前進 的過程，發現在機械加工領域里學習和創新是永無止境的，只要善 于鉆研刻苦努力技術水平和學術理論定能攀上新的臺階。在以后的 工作中我將秉承精益求精的思想，遇見問題要多思考多和別人多探 討，爭取找到解決方案。筆者衷心希望，我國科技界、產業界和 教育界通力合作，把握好知識經濟帶來的難得機遇，迎接競爭 化帶來的嚴峻挑戰，為在21世紀使我國數控技術和產業走向世界 的前列，使我國經濟繼續保持強勁的發展勢頭而共同努力奮斗！

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