高效球面数控铣削加工技术研究

　　包络法球形曲面数控加工方法

　　包络法加工技术打破了传统的点位插补数控加工方法，实现了“线动成面”的加工方法，因而，该技术解决了球形曲面无残余余量和五坐标最短切削路径的数控铣削加工技术，并极大地提高了其数控加工效率和质量。

　　如前文中所述，圆形包络线的直径范围为φ0~φD。当圆形包络线的直径为φ0，即最小的圆包络线为一点时，适用于点位插补加工方法；否则，适合包络法加工。采用包络法加工球形曲面时，圆形包络线的直径越大，则加工效率越高，最大的圆包络线是直径等于球形曲面直径的圆，如图 4 所示。

　　刀具回转面与被加工球形曲面的切线即是一条球形曲面包络线，亦即刀具的直径越大，加工效率越高，刀具每环切一次所加工球形面积就越大，刀具与被加工球形曲面包络数控加工关系，如图 5 所示。

　　当刀具选定后，则可以根据刀具的直径、刀具的转接R 以及球形表面的直径计算出刀具包络环切的初始位置、最终位置和每次环切的位置。如图 6 所示，刀具切削刃回转面（圆环）始终与被加工球形曲面相切，且切线为一个圆，亦即被加工球形曲面的一条母线。该母线每次圆弧插补包络环切加工出球形曲面的一个环形面，完后再圆弧插补进入下一次包络环切加工。

　　包络法球形曲面数控加工控制软件

　　应用 Visual Basic 6.0 软件设计语言，我们先后开发了参数化球形曲面包络法数控铣削加工 NC 程序设计软件，实现了球形曲面包络法五坐标数控铣削加工技术，达到了球形曲面无残余余量与五坐标最短切削路径的数控铣削加工。该加工方法极大地提高了被加工球形曲面的质量和加工效率，使其粗加工效率至少提高 1 倍，而可以将其精加工效率提高了至少几十倍。

　　球形曲面包络法数控加工技术的应用与推广

　　包络法加工技术打破了传统的点位插补数控加工方法，实现了“线动成面”的加工方法，因而，极大地提高了加工效率和被加工表面质量。该技术已经成功地应用在飞机大型钣金拉伸曲面成型模具的加工，使其粗加工效率提高 2~3 倍，精加工效率提高几十倍。该技术可以推广应用到航天、航空精密球形曲面零件加工；汽车蒙皮拉伸模具制造；船舶、机床等制造业的球形曲面零件及模具的数控铣削加工，无论是加工精度还是加工效率都将有很高提升。

　　优质高效包络法数控加工技术展望

　　不断改进和优化数控加工切削方式与走刀路径是最有效的提高数控加工质量和效率的方法之一。该技术的推广应用无疑将给球形曲面的数控铣削加工带来一次技术革命。同时，该技术也可以延伸推广到其他曲面的数控加工—基于包络法的数控加工，即刀具轴线与被加工表面法线始终保持最小的夹角，从而可以极大提高曲面的加工质量和效率。