本发明涉及一种曲面的加工方法，具体是一种凹形球形曲面的加工方法，属于曲面机械加工技术领域。
背景技术：
如球面阀、滚珠和相应的球面槽等零件都具有球形曲面轮廓，球形曲面是最基本的曲面之一，而凹形球面曲面的机械加工通常较困难，随着计算机技术的广泛应用，目前球形曲面多采用数控加工，而数控加工程序主要是应用目前市场上的如pro_e、ug、catia、solidwork等cam软件来实现，目前在球面曲面的加工中对步长的控制有参数线加工方法、截面线加工方法、导动面法、等残留高度等方法，而在这些算法都是通过编程软件来生成刀具的路径，然后自动生成数控加工程序，对编程者的软件操作和数学知识要求较高。
而且目前的cam软件基本上是基于通用的、非智能化的nc程序设计软件，因此应用这些软件所生成的nc程序通常只能通过“点位插补”的运动方式实现等距行切或环切加工控控制，这种“点位插补”的数控加工控制方式会使被加工表面产生不均匀的残余余量，进而造成球形曲面的程序设计质量差；而且应用这些软件进行数控加工程序设计，程序段多、程序编程十分繁琐，极易出错，数控加工程序设计效率低；由于程序段多和残余余量不均匀，使数控加工路径长，造成路径浪费，加工效率低。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供一种凹形球形曲面的加工方法，可在保证凹形球形曲面数控加工质量的前提下实现提高球形曲面的数控加工效率。
为实现上述目的，本凹形球形曲面的加工方法包括以下步骤：
a.输入加工参数：在数控系统中输入被加工零件球面半径、刀具的直径、刀片半径、刀具长度、球面高度；
b.建立数学模型：建立被加工零件表面的数学模型和刀具刃部的数学模型；
c.确定刀具初始信息：根据数学模型计算包络环切加工刀具初始角度值和相邻环切之间刀具轴线之间的夹角，计算满足球面加工刀具偏角的极限值、包络加工时机床回转轴交点到球心的长度距离以及球面加工起点的刀位坐标；
d.判断刀具偏角：对环切加工刀具的最大偏角与刀具偏角的极限值进行比较，
若环切加工刀具的最大偏角大于刀具偏角的极限值，则将刀具偏角的极限值赋值为环切加工刀具的最大偏角数值，计算出加工球面包络环切数控加工的刀位坐标；
若环切加工刀具的最大偏角小于刀具偏角的极限值，则将包络环切数控加工的刀具偏角值加上一个相邻环切之间刀具轴线之间的夹角增量插补值，直至环切加工刀具的最大偏角大于刀具偏角的极限值，计算出加工球面包络环切数控加工的刀位坐标；
e.数控加工：根据刀位坐标信息对被加工球面进行包络环切数控加工控制。
作为本发明的进一步改进方案，所述的步骤b中建立被加工零件表面的数学模型和刀具刃部的数学模型均是以球面球心为坐标原点。
作为本发明的进一步改进方案，所述的步骤a中的数控系统是plc控制系统。
作为本发明的一种实施方式，所述的步骤a中的数控系统是数控铣床的数控系统。
作为本发明的一种实施方式，所述的步骤a中的数控系统是数控加工中心的数控系统。
与现有技术相比，本凹形球形曲面的加工方法采用包络法数控加工技术实现凹形球形曲面等残余余量的加工，因此避免了传统的等距行切或环切所产生的不均匀残余余量，从而保证凹形球形曲面数控加工质量和精度；包络法可实现最短切削路径加工，进而可提高球面数控加工的效率；由于本凹形球形曲面的加工方法是包括判断刀具偏角并进行补偿的参数化数控加工方式，因此程序设计相对简单，同时也可减少试切时间、降低出错几率；由于每加工完一次需重新计算出刀具位置，因此程序段较少、程序运行效率高，进而可进一步提高球面数控加工的整体效率。
具体实施方式
本凹形球形曲面的加工方法包括以下步骤：
a.输入加工参数：在数控系统中输入被加工零件球面半径、刀具的直径、刀片半径、刀具长度、球面高度；
b.建立数学模型：建立被加工零件表面的数学模型和刀具刃部的数学模型；
c.确定刀具初始信息：根据数学模型计算包络环切加工刀具初始角度值和相邻环切之间刀具轴线之间的夹角，计算满足球面加工刀具偏角的极限值、包络加工时机床回转轴交点到球心的长度距离以及球面加工起点的刀位坐标；
d.判断刀具偏角：对环切加工刀具的最大偏角与刀具偏角的极限值进行比较，
若环切加工刀具的最大偏角大于刀具偏角的极限值，则将刀具偏角的极限值赋值为环切加工刀具的最大偏角数值，计算出加工球面包络环切数控加工的刀位坐标；
若环切加工刀具的最大偏角小于刀具偏角的极限值，则将包络环切数控加工的刀具偏角值加上一个相邻环切之间刀具轴线之间的夹角增量插补值，直至环切加工刀具的最大偏角大于刀具偏角的极限值，计算出加工球面包络环切数控加工的刀位坐标；
e.数控加工：根据刀位坐标信息对被加工球面进行包络环切数控加工控制。
为了便于计算、且实现较好的加工基准，作为本发明的进一步改进方案，所述的步骤b中建立被加工零件表面的数学模型和刀具刃部的数学模型均是以球面球心为坐标原点。
由于plc控制系统集成度高，且plc控制系统可以增加相应的保护电路及自诊断功能、系统可靠性较高，因此作为本发明的进一步改进方案，所述的步骤a中的数控系统是plc控制系统。
作为本发明的一种实施方式，所述的步骤a中的数控系统是数控铣床的数控系统。
作为本发明的一种实施方式，所述的步骤a中的数控系统是数控加工中心的数控系统。
本凹形球形曲面的加工方法采用包络法数控加工技术实现凹形球形曲面等残余余量的加工，因此避免了传统的等距行切或环切所产生的不均匀残余余量，从而保证凹形球形曲面数控加工质量和精度；包络法可实现最短切削路径加工，进而可提高球面数控加工的效率；由于本凹形球形曲面的加工方法是包括判断刀具偏角并进行补偿的参数化数控加工方式，因此程序设计相对简单，同时也可减少试切时间、降低出错几率；由于每加工完一次需重新计算出刀具位置，因此程序段较少、程序运行效率高，进而可进一步提高球面数控加工的整体效率。