在实际生产加工中，曲面的加工编程通常有自动编程和宏程序手动编程两种形式。自动编程往往依赖于CAD/CAM软件，但由于该软件构建的曲面底层数学模型的限制以及CAD/CAM软件在生成曲面刀轨时采用的近似原理，导致软件无法智能判断何时执行真正的整圆或圆弧轨迹。
因此生成的程序不是由G02/G03指令形成的，而是通过G01逐点逼近形成的，这不仅导致生成的程序指令占用大量空间，使机床响应缓慢，更重要的是由于采用线性逼近的原理，建模期间的计算误差在加工过程中会被放大，进而影响工件精度和表面质量。
在此背景下，以典型外球面曲面手工编程加工为例，详细分析了使用立铣刀等刀具进行加工的过程，并通过实践验证了手工编程的效果。通过详细的实际操作和分析，最终得出结论：加工路径的合理性对实际加工工件的性能和质量有着重要的影响。合理选择和使用铣刀，特别是立铣刀，对提高工件表面质量起着关键作用。这种加工分析思路不仅对实际生产加工具有重要的指导意义，而且对数控教学也有很大启发。
外球面加工基础知识
球面加工常用刀具的选择
在粗加工时，可以使用键槽铣刀、立铣刀或球头铣刀。这些刀具适合去除大量材料，尤其是球头铣刀，在加工复杂曲面时表现良好。在精加工阶段，通常使用球头铣刀来获得更高的表面精度和质量。球头的独特形状 立铣刀 能均匀接触工件表面，减少切割痕迹，提高工件的最终精度和光洁度。
球面加工刀具路径
一般采用一系列水平平面切削球面所形成的同心圆来完成刀具轨迹。进给控制有两种：从上往下进给和从下往上进给。一般应采用从下往上进给来完成加工。此时主要利用铣刀的侧切，表面质量较好，端刃磨损较少，切削力将刀具推向底切方向，有利于控制加工尺寸。
进给控制算法
- 根据允许的加工误差和表面粗糙度确定合理的Z向进给量，再根据给定的加工深度Z计算加工圆的半径，即：r=sqrt[R2-z2]，此算法的走刀次数较多。
- 根据允许的加工误差和表面粗糙度，确定相邻两馈电点相对于球心的角度增量，再根据角度计算出馈电点的r、Z值，即Z=R*sinθ，r=R*cosθ。
处理 F需要 电视轨迹
- 对于端铣来说，表面加工是由刀尖完成的，当刀尖沿圆弧移动时，刀具中心运动轨迹也是一个直径的圆弧，只是位置相差一个刀具半径。
- 对于球头刀具加工，表面加工由球刃完成，刀具中心为球体的同心球面，半径相差一个刀具半径。
球面加工方案提出及分析
提出球面加工方案
逐层 磷处理 米精神d
逐层加工法是利用宏程序设定循环驱动铣刀，用GO2/GO3在同一平面铣削圆锥时，Z方向不变，铣削完X、Y方向后，X:Y方向运动停止，铣刀沿Z轴向上或向下插补，达到规定值后，进行第二次循环，直至整个循环过程完成。
螺旋 我插值 磷处理 米方法
螺旋加工方式是指从刀尖到刀尖终点的整个铣削过程，铣刀从刀尖到刀尖终点沿一定的螺旋线进行插补，整个插补过程中Z轴的运动是随着X、Y轴的运动逐渐变化的。
方案论证与实施
分析 大号逐层 磷处理 米方法
整个加工过程中刀具路径如下：在程序的控制下， 铣刀 先以GO1方式移动到期望圆的加工起点，稍停，再以GO2/GO3插补方式进行圆弧插补，整圆加工完成后Z轴以GO1方式向上或向下移动，指定后X、Y轴再次以GO1方式移动，重复以上步骤，直至加工完成。
在整个加工过程中，Z轴的运动始终是独立的、不连续的，加工完一层后，由于Z轴的滞后反应和突然加速，机床就会“发抖”，后果往往是致命的，轻则影响工件精度或表面质量，重则折断刀具。实际加工中，Z、X轴的突然移动对工件精度、表面质量的影响是显而易见的。
此类后果主要是由于加工中心X、Y、Z轴运动不协调造成的，为了克服质量问题，我们采用了常用的圆弧切入、圆弧切出的方法进行加工。
采用圆弧切入圆弧切出方式后，表面质量明显改善，特别是X轴移动引起的过切现象彻底改善，达到实际倍率模拟效果。但从下图可以明显看到，X、Y、Z轴不协调引起的阶梯现象丝毫没有改变。
分析 年代螺旋 我插值 米方法
为了彻底解决上述实际问题，我们提出了螺旋插补加工方法。如加工示意图所示，铣刀从球体下端开始，沿螺旋线缓慢上升，上升过程中机床三个坐标轴同时运动，相互之间完美配合。
三维 年代螺旋 米疼痛 米阿克罗 磷罗格拉姆
主程序
笔记：
- ZX平面内的角度#3为自变量，实现三维等步距加工；
- 由于可以设定角度#3的初始值，所以即使不是完整的半球也可以应用此程序；
- 实际加工证明，螺旋插补加工方法使加工过程平稳合理，特别是工件表面粗糙度得到了很大的改善。另外，螺旋插补加工宏程序结构简单，流程短小精悍，易于编写。正是由于以上程序编写特点，使得机床在执行程序时，不需要减速，加工过程平稳，大大加快了加工速度，提高了生产效率。这种加工方法完全符合工业生产的要求，这种改进思路完全符合机械加工领域的发展方向。
生产实践表明，在数控加工中，合理安排加工工序和刀具路径至关重要，螺旋插补法加工过程流畅，宏程序简洁，在提高工件精度、表面质量、生产效率等方面有优异的表现，符合机械加工的发展趋势，为今后的数控编程提供了有效的指导。
