基于UG裝配環(huán)境的單向閥體電火花成形數(shù)控編程的應(yīng)用

榮天愛，陳濟(jì)輪，張 昆，朱 波，馬海鵬

（首都航天機(jī)械公司，北京100076）

在航天系統(tǒng)的電火花加工領(lǐng)域，目前多采用Solidworks、AutoCAD等基礎(chǔ)三維軟件，相比之下，UG NX的參數(shù)化設(shè)計(jì)優(yōu)勢更突出，環(huán)境更優(yōu)越，且制造功能強(qiáng)大，電極設(shè)計(jì)后可在UG制造模塊下直接進(jìn)行數(shù)控編程，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化。

采用UG CAD/CAM模塊進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造一體化，可形成更高效、快捷的整體制造模式。在航天系統(tǒng)領(lǐng)域開展基于UG裝配環(huán)境的電火花成形加工研究，對(duì)推進(jìn)UG設(shè)計(jì)制造的集成化開發(fā)和應(yīng)用具有深遠(yuǎn)的意義。

1 UG電火花成形CAD/CAM工藝設(shè)計(jì)

UG裝配模式下的電火花成形數(shù)控編程的一般流程見圖1。編程的兩個(gè)基本條件是建立零件和電極的CAD模型，在建立零件三維模型、創(chuàng)建反拷電極后，進(jìn)入U(xiǎn)G裝配模式。通過電極和零件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，檢查運(yùn)動(dòng)干涉情況，并確定電極運(yùn)動(dòng)的中心點(diǎn)，再根據(jù)點(diǎn)數(shù)據(jù)形成刀位軌跡，通過位置運(yùn)動(dòng)模擬仿真，最終完成電火花數(shù)控程序的編制。

2 單向閥體電火花成形設(shè)置原則及方法

2.1 幾何體造型

在零件建模過程中需充分考慮材料的電火花放電特點(diǎn)，通過對(duì)零件加工部位的處理與優(yōu)化，修正設(shè)計(jì)工藝輔助邊界，以便于零件的加工。一般情況下，零件的設(shè)計(jì)應(yīng)以公差中值作為理論尺寸，通過粗加工、半精加工、精加工過程最終保證設(shè)計(jì)性能指標(biāo)。圖2是進(jìn)氣環(huán)零件剖面圖，圖3是錐孔示意圖。

2.2 電極設(shè)計(jì)

根據(jù)UG設(shè)計(jì)特征和布爾運(yùn)算生成電極時(shí)，需注意電極裝夾部位的設(shè)計(jì)，保證電極定位中心和機(jī)床主軸中心重合，電極的長短以加工部位下限長度為基線，以避免干涉為前提。圖4是電極設(shè)計(jì)示意圖，圖5是錐孔電極放大圖。

圖1 UG裝配模式的電火花成形數(shù)控編程的一般流程

圖2 進(jìn)氣環(huán)零件剖面

圖3 錐孔示意圖

設(shè)計(jì)電極時(shí)，還應(yīng)根據(jù)放電量增大或縮小相應(yīng)設(shè)計(jì)尺寸，形成電極尺寸的最優(yōu)化。圖6是電極設(shè)計(jì)示意圖，圖7是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)改動(dòng)后形成的新電極，根據(jù)上述原則可生成多個(gè)電極。圖8是其他閥類零件的電極實(shí)物。

圖4 電極設(shè)計(jì)示意圖

圖5 電極放大圖

圖6 電極設(shè)計(jì)示意圖

圖7 優(yōu)化電極設(shè)計(jì)示意圖

圖8 其他閥類零件的電極實(shí)物圖

2.3 干涉檢查

將進(jìn)氣環(huán)零件作為裝配體，并將錐孔電極作為裝配組件添加到裝配體中。通過錐孔電極和進(jìn)氣環(huán)零件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到蝕除零件材料的目的。在錐孔的運(yùn)動(dòng)過程中，需避免過切現(xiàn)象，可通過干涉檢查來實(shí)現(xiàn)。圖9是電極運(yùn)動(dòng)過程中的干涉高亮顯示，圖10是電極無干涉的情況（對(duì)話框表示電極面和裝配體接觸）。

圖9 電極干涉顯示

圖10 電極無干涉

2.4 軌跡模擬的驗(yàn)證

圖11 是軌跡模擬過程中的電極中心移動(dòng)示意圖。在分析多錐孔進(jìn)氣環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)后，設(shè)計(jì)電極的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)樽酝舛鴥?nèi)漸入。先運(yùn)動(dòng)到圖12所示的最終加工部位，再自內(nèi)而外抽離，形成完整的電火花成形加工刀位軌跡。

圖11 電極中心移動(dòng)示意圖

圖12 電極最終加工部位

2.5 優(yōu)化電極軌跡及數(shù)控電火花編程

在電極加工運(yùn)動(dòng)過程中，既要避免零件與電極的干涉，也要盡可能做到少量移動(dòng)。對(duì)于電火花成形加工來說，由于加工過程中的多軸聯(lián)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)都會(huì)使生產(chǎn)效率降低，電極損耗會(huì)增大，加工速度會(huì)變慢，故可盡量通過單軸運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)加工需要。

采用UG裝配模式生成的數(shù)控電火花加工程序如下：

(PL ON OFF IP SV S LP DN JS LNS STEP V HP PP C ALV OC LF JM LS LNM)；

N10 C160 JS003；加工條件賦值

N20 UP15 DN80；

N30 G00 G54 G90 G92 X0.0 Y0.0 Z100 U0；

N40 G00 X 62.555 Y 65.358 U-154.Z0.0；

N50 G01 X 45.235 Y 55.358；

N60 G01 X-4.198 Y 31.248；

N70 G03 X-4.743 Y 31.170 I 4.198 J-31.248 U+1.0；

......

N250 C120 JS001；

N260 UP10 DN90；

N270 M02；

程序結(jié)束。

3 結(jié)論

通過伺服系統(tǒng)單向閥體項(xiàng)目的實(shí)踐，對(duì)UG Assembly有了更充分的認(rèn)識(shí)，并取得了較好的效果，既得到了客戶的認(rèn)可，又提高了對(duì)工程項(xiàng)目的適應(yīng)能力。

（1）UG強(qiáng)大的參數(shù)化設(shè)計(jì)功能，使產(chǎn)品和電極的設(shè)計(jì)可集中控制，如：在電極尺寸微改動(dòng)的同時(shí)，產(chǎn)品和裝配環(huán)境可同時(shí)更新，既節(jié)省了重復(fù)建模的時(shí)間，又保證了設(shè)計(jì)效率。

（2）UG裝配模塊的應(yīng)用可進(jìn)一步延展，不僅適用于本文所述閥類產(chǎn)品的數(shù)控編程，還適用于復(fù)雜扭曲葉片的渦輪盤類產(chǎn)品。

未來將進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)UG Assembly的應(yīng)用性研究，爭取早日實(shí)現(xiàn)電火花成形的一體化制造，為航天制造能力的整體提升貢獻(xiàn)力量。