本發(fā)明涉及一種曲面的加工方法，具體是一種凹形球形曲面的加工方法，屬于曲面機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
如球面閥、滾珠和相應(yīng)的球面槽等零件都具有球形曲面輪廓，球形曲面是最基本的曲面之一，而凹形球面曲面的機(jī)械加工通常較困難，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，目前球形曲面多采用數(shù)控加工，而數(shù)控加工程序主要是應(yīng)用目前市場上的如pro_e、ug、catia、solidwork等cam軟件來實(shí)現(xiàn)，目前在球面曲面的加工中對步長的控制有參數(shù)線加工方法、截面線加工方法、導(dǎo)動面法、等殘留高度等方法，而在這些算法都是通過編程軟件來生成刀具的路徑，然后自動生成數(shù)控加工程序，對編程者的軟件操作和數(shù)學(xué)知識要求較高。
而且目前的cam軟件基本上是基于通用的、非智能化的nc程序設(shè)計(jì)軟件，因此應(yīng)用這些軟件所生成的nc程序通常只能通過“點(diǎn)位插補(bǔ)”的運(yùn)動方式實(shí)現(xiàn)等距行切或環(huán)切加工控控制，這種“點(diǎn)位插補(bǔ)”的數(shù)控加工控制方式會使被加工表面產(chǎn)生不均勻的殘余余量，進(jìn)而造成球形曲面的程序設(shè)計(jì)質(zhì)量差；而且應(yīng)用這些軟件進(jìn)行數(shù)控加工程序設(shè)計(jì)，程序段多、程序編程十分繁瑣，極易出錯，數(shù)控加工程序設(shè)計(jì)效率低；由于程序段多和殘余余量不均勻，使數(shù)控加工路徑長，造成路徑浪費(fèi)，加工效率低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對上述問題，本發(fā)明提供一種凹形球形曲面的加工方法，可在保證凹形球形曲面數(shù)控加工質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)提高球形曲面的數(shù)控加工效率。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本凹形球形曲面的加工方法包括以下步驟：
a.輸入加工參數(shù)：在數(shù)控系統(tǒng)中輸入被加工零件球面半徑、刀具的直徑、刀片半徑、刀具長度、球面高度；
b.建立數(shù)學(xué)模型：建立被加工零件表面的數(shù)學(xué)模型和刀具刃部的數(shù)學(xué)模型；
c.確定刀具初始信息：根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算包絡(luò)環(huán)切加工刀具初始角度值和相鄰環(huán)切之間刀具軸線之間的夾角，計(jì)算滿足球面加工刀具偏角的極限值、包絡(luò)加工時機(jī)床回轉(zhuǎn)軸交點(diǎn)到球心的長度距離以及球面加工起點(diǎn)的刀位坐標(biāo)；
d.判斷刀具偏角：對環(huán)切加工刀具的最大偏角與刀具偏角的極限值進(jìn)行比較，
若環(huán)切加工刀具的最大偏角大于刀具偏角的極限值，則將刀具偏角的極限值賦值為環(huán)切加工刀具的最大偏角數(shù)值，計(jì)算出加工球面包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工的刀位坐標(biāo)；
若環(huán)切加工刀具的最大偏角小于刀具偏角的極限值，則將包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工的刀具偏角值加上一個相鄰環(huán)切之間刀具軸線之間的夾角增量插補(bǔ)值，直至環(huán)切加工刀具的最大偏角大于刀具偏角的極限值，計(jì)算出加工球面包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工的刀位坐標(biāo)；
e.數(shù)控加工：根據(jù)刀位坐標(biāo)信息對被加工球面進(jìn)行包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工控制。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)方案，所述的步驟b中建立被加工零件表面的數(shù)學(xué)模型和刀具刃部的數(shù)學(xué)模型均是以球面球心為坐標(biāo)原點(diǎn)。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)方案，所述的步驟a中的數(shù)控系統(tǒng)是plc控制系統(tǒng)。
作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述的步驟a中的數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控銑床的數(shù)控系統(tǒng)。
作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述的步驟a中的數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控加工中心的數(shù)控系統(tǒng)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本凹形球形曲面的加工方法采用包絡(luò)法數(shù)控加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)凹形球形曲面等殘余余量的加工，因此避免了傳統(tǒng)的等距行切或環(huán)切所產(chǎn)生的不均勻殘余余量，從而保證凹形球形曲面數(shù)控加工質(zhì)量和精度；包絡(luò)法可實(shí)現(xiàn)最短切削路徑加工，進(jìn)而可提高球面數(shù)控加工的效率；由于本凹形球形曲面的加工方法是包括判斷刀具偏角并進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膮?shù)化數(shù)控加工方式，因此程序設(shè)計(jì)相對簡單，同時也可減少試切時間、降低出錯幾率；由于每加工完一次需重新計(jì)算出刀具位置，因此程序段較少、程序運(yùn)行效率高，進(jìn)而可進(jìn)一步提高球面數(shù)控加工的整體效率。
具體實(shí)施方式
本凹形球形曲面的加工方法包括以下步驟：
a.輸入加工參數(shù)：在數(shù)控系統(tǒng)中輸入被加工零件球面半徑、刀具的直徑、刀片半徑、刀具長度、球面高度；
b.建立數(shù)學(xué)模型：建立被加工零件表面的數(shù)學(xué)模型和刀具刃部的數(shù)學(xué)模型；
c.確定刀具初始信息：根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算包絡(luò)環(huán)切加工刀具初始角度值和相鄰環(huán)切之間刀具軸線之間的夾角，計(jì)算滿足球面加工刀具偏角的極限值、包絡(luò)加工時機(jī)床回轉(zhuǎn)軸交點(diǎn)到球心的長度距離以及球面加工起點(diǎn)的刀位坐標(biāo)；
d.判斷刀具偏角：對環(huán)切加工刀具的最大偏角與刀具偏角的極限值進(jìn)行比較，
若環(huán)切加工刀具的最大偏角大于刀具偏角的極限值，則將刀具偏角的極限值賦值為環(huán)切加工刀具的最大偏角數(shù)值，計(jì)算出加工球面包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工的刀位坐標(biāo)；
若環(huán)切加工刀具的最大偏角小于刀具偏角的極限值，則將包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工的刀具偏角值加上一個相鄰環(huán)切之間刀具軸線之間的夾角增量插補(bǔ)值，直至環(huán)切加工刀具的最大偏角大于刀具偏角的極限值，計(jì)算出加工球面包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工的刀位坐標(biāo)；
e.數(shù)控加工：根據(jù)刀位坐標(biāo)信息對被加工球面進(jìn)行包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工控制。
為了便于計(jì)算、且實(shí)現(xiàn)較好的加工基準(zhǔn)，作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)方案，所述的步驟b中建立被加工零件表面的數(shù)學(xué)模型和刀具刃部的數(shù)學(xué)模型均是以球面球心為坐標(biāo)原點(diǎn)。
由于plc控制系統(tǒng)集成度高，且plc控制系統(tǒng)可以增加相應(yīng)的保護(hù)電路及自診斷功能、系統(tǒng)可靠性較高，因此作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)方案，所述的步驟a中的數(shù)控系統(tǒng)是plc控制系統(tǒng)。
作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述的步驟a中的數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控銑床的數(shù)控系統(tǒng)。
作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述的步驟a中的數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控加工中心的數(shù)控系統(tǒng)。
本凹形球形曲面的加工方法采用包絡(luò)法數(shù)控加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)凹形球形曲面等殘余余量的加工，因此避免了傳統(tǒng)的等距行切或環(huán)切所產(chǎn)生的不均勻殘余余量，從而保證凹形球形曲面數(shù)控加工質(zhì)量和精度；包絡(luò)法可實(shí)現(xiàn)最短切削路徑加工，進(jìn)而可提高球面數(shù)控加工的效率；由于本凹形球形曲面的加工方法是包括判斷刀具偏角并進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膮?shù)化數(shù)控加工方式，因此程序設(shè)計(jì)相對簡單，同時也可減少試切時間、降低出錯幾率；由于每加工完一次需重新計(jì)算出刀具位置，因此程序段較少、程序運(yùn)行效率高，進(jìn)而可進(jìn)一步提高球面數(shù)控加工的整體效率。