專利名稱：一種異形電極五座標(biāo)運(yùn)動仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電火花加工中異形電極五座標(biāo)運(yùn)動的數(shù)控編程和虛擬仿真技術(shù)，特別
提供了 一種針對復(fù)雜型腔內(nèi)表面五座標(biāo)聯(lián)動電火花加工的數(shù)控編程方法及虛擬仿真方法。 屬于特種加工行業(yè)中的電火花加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在數(shù)控加工領(lǐng)域涌現(xiàn)出許多優(yōu)秀 的模擬仿真軟件。模擬仿真軟件能夠建立機(jī)床的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并具有與其他三維CAD/CAM軟 件的數(shù)據(jù)接口。可以導(dǎo)入包括IGES、STL、PLY等格式的三維模型。也可以將仿真切削的結(jié) 果導(dǎo)出為IGES、STL等數(shù)據(jù)格式，通過與其他CAD軟件進(jìn)行交互，實現(xiàn)主軸、工作臺、工件、夾 具、刀具等機(jī)床功能部件的建模?？梢苑奖愕亩ㄖ茩C(jī)床控制系統(tǒng)。并可以實現(xiàn)與設(shè)計模型 的比較，進(jìn)行過切與欠切削檢查，可以對最終加工結(jié)果進(jìn)行測量、分析等工作。具有干涉檢 查的功能。 電火花加工技術(shù)在整體葉盤加工中的應(yīng)用對于難加工材料整體葉盤，電火花加 工是高效的材料去除方法。能夠完成普通刀具難以到達(dá)的零件部位的加工，實現(xiàn)了閉式葉 盤的加工。節(jié)省刀具費用，加工應(yīng)力小。

發(fā)明內(nèi)容
本提發(fā)明供了一種異形電極五座標(biāo)運(yùn)動仿真方法，其特征在于X、 Y、 Z方向的運(yùn)
動和工件、電極的旋轉(zhuǎn)，把電極當(dāng)作機(jī)床部件處理，可以定義干涉檢查的間隙。異形電極五
座標(biāo)運(yùn)動的數(shù)控編程主要是利用仿真軟件機(jī)床干涉檢查的功能。在機(jī)床模擬過程中，使用
手動方式控制機(jī)床各部件的運(yùn)動，即將工人的現(xiàn)場操作采點的過程在仿真環(huán)境里面實現(xiàn)。
采點過程中，將電極的運(yùn)動與設(shè)計模型進(jìn)行比較，手動試切，及時發(fā)現(xiàn)干涉問題，調(diào)整數(shù)據(jù)
點，實現(xiàn)電極運(yùn)動編程。 —仿真系統(tǒng)的建立 電極運(yùn)動仿真不同于切削仿真。切削過程模擬，刀具旋轉(zhuǎn)，圓柱體容易實現(xiàn)與毛坯 之間布爾減操作，可以得到切削過程模型。而電極五軸聯(lián)動過程復(fù)雜，不易實現(xiàn)與毛坯的布 爾操作。仿真軟件原有的電極模擬模塊，可以實現(xiàn)電極的放電間隙靜態(tài)仿真，不能實現(xiàn)電極 的運(yùn)動仿真。 仿真軟件具有機(jī)床干涉檢查的功能，在機(jī)床模擬過程中，可以單獨定義機(jī)床特定 部件之間的運(yùn)動間隙，作為干涉檢查的依據(jù)。將電極定義為機(jī)床運(yùn)動軸，可以實現(xiàn)電極與設(shè) 計模型的干涉檢查，實現(xiàn)電極運(yùn)動仿真。
二建立機(jī)床結(jié)構(gòu)樹 仿真環(huán)境里面，機(jī)床結(jié)構(gòu)樹與現(xiàn)實機(jī)床結(jié)構(gòu)一致。把電極作為機(jī)床C軸部件，使電 極與設(shè)計模型處于兩個分支，這樣在相對運(yùn)動的過程中，兩者才能相遇。實現(xiàn)電極運(yùn)動代碼 的干涉檢查。
三建立機(jī)床模型 將CAD軟件里面建立好的夾具、電極、設(shè)計模型等關(guān)鍵部件的三維模型以一定的
格式導(dǎo)入仿真環(huán)境的機(jī)床結(jié)構(gòu)樹，建立機(jī)床模型。如圖3所示。
四對刀 如圖3所示，實際加工過程中，電極通過夾頭與C軸連接。利用零件夾具小平面找 正葉盤零度角向。利用夾具心軸與電極夾頭之間的關(guān)系進(jìn)行Y向定位和Z向定位。利用電 極夾頭與零件端面之間的關(guān)系進(jìn)行X向定位。對刀過程比較復(fù)雜。因此，導(dǎo)入機(jī)床模型的 過程，需要調(diào)整各部件相對位置，使之關(guān)系正確。 由于電極形狀復(fù)雜，系統(tǒng)建立過程中，電極與設(shè)計模型之間對刀困難。預(yù)先將設(shè)計 模型與電極模型在CAD軟件里面進(jìn)行裝配，使電極處于加工零點。在裝配環(huán)境里面導(dǎo)出零 件與電極的STL模型，可保持電極與設(shè)計模型處于同一工作坐標(biāo)系下，使仿真過程中的對 刀相對簡單。 五數(shù)控程序設(shè)置 將編制完成的數(shù)控程序?qū)敕抡姝h(huán)境。
六運(yùn)行程序，查看日志文件 運(yùn)行編制完成的數(shù)控程序，并查看日志文件，并根據(jù)日志文件調(diào)整數(shù)控程序。
七編程應(yīng)注意的問題 電火花加工過程中，當(dāng)電極與零件接觸短路之后，電極產(chǎn)生退刀運(yùn)動。在五軸聯(lián)動 時，各軸之間的配合對機(jī)床伺服系統(tǒng)和動力特性要求較高。電火花機(jī)床在工作中，經(jīng)常出現(xiàn) 個坐標(biāo)軸不能同時到達(dá)插補(bǔ)點的情況，有可能過切零件。在電極設(shè)計與程序編制中應(yīng)注意 保持電極運(yùn)動與理論模型盡可能大的間隙。數(shù)控程序五坐標(biāo)聯(lián)動插補(bǔ)點盡可能密，減少五 軸聯(lián)動不同步所產(chǎn)生的誤差。
編程具體步驟如下
1.設(shè)定加工坐標(biāo)原點。 根據(jù)實際電極尺寸大小及零件裝夾狀態(tài)，使電極位于零件外部，考慮電極與加劇
的干涉，設(shè)定安全距離15-20mm，作為零件加工的原點。 2.在三維CAD軟件里面進(jìn)行電極、零件、夾具的裝配。 預(yù)先將設(shè)計模型與電極模型在CAD軟件里面進(jìn)行裝配，使電極處于加工零點。
3.輸出軟件交互所需的三維表達(dá)格式。 在CAD裝配環(huán)境里面輸出理論零件與電極的模型文件，如STL、 PLY等格式。
4.配置編程環(huán)境。 電極加工編程是利用仿真軟件的干涉檢查功能進(jìn)行的。 在仿真軟件里面配置機(jī)床結(jié)構(gòu)，使之與實際機(jī)床相似。并能夠識別X、Y、Z、A、B、C
等機(jī)床運(yùn)動指令。 設(shè)定電極為機(jī)床運(yùn)動部件，如主軸C。設(shè)定零件、夾具位于工作臺適當(dāng)位置，與零 件實際加工狀態(tài)一致。 設(shè)定仿真環(huán)境機(jī)床干涉檢查的功能。例如如果部件C與零件接近0. 2mm，認(rèn)為機(jī) 床與零件碰撞，報警。 5.手動或自動編程
4
使用仿真軟件的手動調(diào)整功能，根據(jù)干涉情況，進(jìn)行手動編程或自動編程。 如 初始X = 0， Y = 0， Z = 0， A = 0， C = 0 如果X = 50， C軸與零件干涉， ........ 若不干涉，將相應(yīng)XYZABC坐標(biāo)值寫入程序文件，繼續(xù)下一次運(yùn)算。若無解，則進(jìn)入 CAD軟件重新調(diào)整電極結(jié)構(gòu)尺寸。重新進(jìn)行程序編制。
6.仿真。 將數(shù)控程序?qū)敕抡孳浖M(jìn)行干涉檢查。
7.程序文件格式化調(diào)整。 根據(jù)現(xiàn)場加工實際情況，以及電加工機(jī)床實際控制系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)控代碼的格式調(diào)整。 8、編程結(jié)束。 本發(fā)明的優(yōu)點實現(xiàn)了現(xiàn)場加工狀況的模擬，加工系統(tǒng)的過切、干涉等情況，可以 提前解決。根據(jù)模擬信息，及時調(diào)整電極的結(jié)構(gòu)及尺寸，節(jié)省電極加工費用。極大的縮短了 編程時間，將原先繁重的現(xiàn)場試加工采點過程在電腦上實現(xiàn)，極大地提高了編程效率。其次 真件三維數(shù)據(jù)模型替代了開敞性好的標(biāo)準(zhǔn)件，提高了程序的可靠性，節(jié)約了成本。


圖1為電加工仿真機(jī)床結(jié)構(gòu)；
圖2為異形電極；
圖3為電火花加工機(jī)床。
具體實施方式

實施例1 如圖3所示，零件實際加工過程中，電極通過夾頭與C軸連接。利用零件夾具小平 面找正葉盤零度角向A。利用夾具心軸與電極夾頭之間的關(guān)系進(jìn)行Y向定位和Z向定位。 利用電極夾頭與零件端面之間的關(guān)系進(jìn)行X向定位。對刀過程如圖3所示，將電極作為C 軸部件。由于電極形狀復(fù)雜，系統(tǒng)建立過程中，電極與設(shè)計模型之間對刀困難。預(yù)先將設(shè)計 模型與電極模型在CAD軟件里面進(jìn)行裝配，使電極處于加工零點。在裝配環(huán)境里面導(dǎo)出零 件與電極的STL模型，可保持電極與設(shè)計模型處于同一工作坐標(biāo)系下，使仿真過程中的對 刀相對簡單。通常，對于封閉內(nèi)腔電火花加工，電極手工放置，裝夾找正。而對于整體葉盤 內(nèi)腔，電極找正復(fù)雜，包括基準(zhǔn)面水平度、加工表面垂直度、輪廓型面基準(zhǔn)點等各個要素，找 正時間長。而電極放入內(nèi)腔之后，運(yùn)動空間極小，使得電極在X、 Y、 Z方向運(yùn)動空間極小，無



則X = X-2
如果X二48，C軸與零件干涉， 則A = A-2
如果A二-2，C軸與零件干涉， 則:Y = Y+0. 5法找正。為保證加工精度，提高加工效率，使得一次裝夾完成所有葉片加工，必須使用五坐 標(biāo)聯(lián)動方式完成電極進(jìn)入零件的過程。 利用仿真軟件機(jī)床部件干涉檢查的功能，將電極的運(yùn)動過程與設(shè)計模型進(jìn)行比 較，手動試切，及時發(fā)現(xiàn)干涉問題，可以實現(xiàn)電極運(yùn)動編程。如圖3所示，通過反復(fù)調(diào)整，獲 得電極可以進(jìn)入零件的最大間隙，使得電極進(jìn)入?yún)^(qū)域相對開闊，或者增大電極尺寸，提高電 極剛性。
權(quán)利要求
一種異形電極五座標(biāo)運(yùn)動仿真方法，其特征在于X、Y、Z軸方向的運(yùn)動和工件(A)、電極(C)的旋轉(zhuǎn)，把電極當(dāng)作機(jī)床部件處理，定義干涉檢查的間隙，在仿真環(huán)境里面，將電極作為C軸部件，實現(xiàn)仿真環(huán)境中的對刀，利用仿真軟件機(jī)床干涉檢查的功能實現(xiàn)異形電極五座標(biāo)運(yùn)動的數(shù)控編程。
2. 按照權(quán)利要求1所述異形電極五座標(biāo)運(yùn)動仿真方法，所述的電極其特征在于電極材料為紫銅。
3. 按照權(quán)利要求2所述異形電極五座標(biāo)運(yùn)動仿真方法，所述的仿真環(huán)境中的對刀其特 征在于預(yù)先將設(shè)計模型與電極模型在CAD軟件里面進(jìn)行裝配，使電極處于加工零點。在裝 配環(huán)境里面導(dǎo)出零件與電極的STL模型，保持電極與設(shè)計模型處于同一工作坐標(biāo)系下。
4. 按照權(quán)利要求3所述異形電極五座標(biāo)運(yùn)動仿真方法，所述的異形電極五座標(biāo)運(yùn)動的 數(shù)控編程其特征在于1) 設(shè)定加工坐標(biāo)原點；2) 在三維CAD軟件里面進(jìn)行電極、零件、夾具的裝配；3) 輸出軟件交互所需的三維表達(dá)格式；4) 配置編程環(huán)境；5) 手動或自動編程；6) 仿真;7) 程序文件格式化調(diào)整；8) 編程結(jié)束。
5. 按照權(quán)利要求4所述異形電極五座標(biāo)運(yùn)動仿真方法，所述設(shè)定加工坐標(biāo)原點其特征 在于電極位于零件外部，設(shè)定安全距離15-20mm，作為零件加工的原點。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種異形電極五座標(biāo)運(yùn)動仿真方法，其特征在于X、Y、Z方向的運(yùn)動和工件(A)、電極(C)的旋轉(zhuǎn)，把電極當(dāng)作機(jī)床部件處理，定義干涉檢查的間隙，在仿真環(huán)境里面，將電極作為C軸部件，實現(xiàn)仿真環(huán)境中的對刀，利用仿真軟件機(jī)床干涉檢查的功能實現(xiàn)異形電極五座標(biāo)運(yùn)動的數(shù)控編程。本發(fā)明極大的縮短了編程時間。將原先繁重的現(xiàn)場試加工采點過程在電腦上實現(xiàn)，極大地提高了編程效率。實現(xiàn)了現(xiàn)場加狀況的模擬，使加工系統(tǒng)的過切、干涉等遇到的問題提前解決?？梢詰?yīng)用于特種加工行業(yè)中的電火花加工領(lǐng)域。
文檔編號G05B19/18GK101767231SQ20081024691
公開日2010年7月7日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者劉艷, 王德新, 紀(jì)航, 胡曉群, 陳雷 申請人:沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司