专利名称：一种异形电极五座标运动仿真方法
技术领域：
本发明涉及电火花加工中异形电极五座标运动的数控编程和虚拟仿真技术，特别
提供了 一种针对复杂型腔内表面五座标联动电火花加工的数控编程方法及虚拟仿真方法。 属于特种加工行业中的电火花加工领域。
背景技术：
虚拟仿真技术的发展随着计算机技术的发展，在数控加工领域涌现出许多优秀 的模拟仿真软件。模拟仿真软件能够建立机床的拓扑结构，并具有与其他三维CAD/CAM软 件的数据接口。可以导入包括IGES、STL、PLY等格式的三维模型。也可以将仿真切削的结 果导出为IGES、STL等数据格式，通过与其他CAD软件进行交互，实现主轴、工作台、工件、夹 具、刀具等机床功能部件的建模。可以方便的定制机床控制系统。并可以实现与设计模型 的比较，进行过切与欠切削检查，可以对最终加工结果进行测量、分析等工作。具有干涉检 查的功能。 电火花加工技术在整体叶盘加工中的应用对于难加工材料整体叶盘，电火花加 工是高效的材料去除方法。能够完成普通刀具难以到达的零件部位的加工，实现了闭式叶 盘的加工。节省刀具费用，加工应力小。
发明内容
本提发明供了一种异形电极五座标运动仿真方法，其特征在于X、 Y、 Z方向的运
动和工件、电极的旋转，把电极当作机床部件处理，可以定义干涉检查的间隙。异形电极五
座标运动的数控编程主要是利用仿真软件机床干涉检查的功能。在机床模拟过程中，使用
手动方式控制机床各部件的运动，即将工人的现场操作采点的过程在仿真环境里面实现。
采点过程中，将电极的运动与设计模型进行比较，手动试切，及时发现干涉问题，调整数据
点，实现电极运动编程。 —仿真系统的建立 电极运动仿真不同于切削仿真。切削过程模拟，刀具旋转，圆柱体容易实现与毛坯 之间布尔减操作，可以得到切削过程模型。而电极五轴联动过程复杂，不易实现与毛坯的布 尔操作。仿真软件原有的电极模拟模块，可以实现电极的放电间隙静态仿真，不能实现电极 的运动仿真。 仿真软件具有机床干涉检查的功能，在机床模拟过程中，可以单独定义机床特定 部件之间的运动间隙，作为干涉检查的依据。将电极定义为机床运动轴，可以实现电极与设 计模型的干涉检查，实现电极运动仿真。
二建立机床结构树 仿真环境里面，机床结构树与现实机床结构一致。把电极作为机床C轴部件，使电 极与设计模型处于两个分支，这样在相对运动的过程中，两者才能相遇。实现电极运动代码 的干涉检查。
三建立机床模型 将CAD软件里面建立好的夹具、电极、设计模型等关键部件的三维模型以一定的
格式导入仿真环境的机床结构树，建立机床模型。如图3所示。
四对刀 如图3所示，实际加工过程中，电极通过夹头与C轴连接。利用零件夹具小平面找 正叶盘零度角向。利用夹具心轴与电极夹头之间的关系进行Y向定位和Z向定位。利用电 极夹头与零件端面之间的关系进行X向定位。对刀过程比较复杂。因此，导入机床模型的 过程，需要调整各部件相对位置，使之关系正确。 由于电极形状复杂，系统建立过程中，电极与设计模型之间对刀困难。预先将设计 模型与电极模型在CAD软件里面进行装配，使电极处于加工零点。在装配环境里面导出零 件与电极的STL模型，可保持电极与设计模型处于同一工作坐标系下，使仿真过程中的对 刀相对简单。 五数控程序设置 将编制完成的数控程序导入仿真环境。
六运行程序，查看日志文件 运行编制完成的数控程序，并查看日志文件，并根据日志文件调整数控程序。
七编程应注意的问题 电火花加工过程中，当电极与零件接触短路之后，电极产生退刀运动。在五轴联动 时，各轴之间的配合对机床伺服系统和动力特性要求较高。电火花机床在工作中，经常出现 个坐标轴不能同时到达插补点的情况，有可能过切零件。在电极设计与程序编制中应注意 保持电极运动与理论模型尽可能大的间隙。数控程序五坐标联动插补点尽可能密，减少五 轴联动不同步所产生的误差。
编程具体步骤如下
1.设定加工坐标原点。 根据实际电极尺寸大小及零件装夹状态，使电极位于零件外部，考虑电极与加剧
的干涉，设定安全距离15-20mm，作为零件加工的原点。 2.在三维CAD软件里面进行电极、零件、夹具的装配。 预先将设计模型与电极模型在CAD软件里面进行装配，使电极处于加工零点。
3.输出软件交互所需的三维表达格式。 在CAD装配环境里面输出理论零件与电极的模型文件，如STL、 PLY等格式。
4.配置编程环境。 电极加工编程是利用仿真软件的干涉检查功能进行的。 在仿真软件里面配置机床结构，使之与实际机床相似。并能够识别X、Y、Z、A、B、C
等机床运动指令。 设定电极为机床运动部件，如主轴C。设定零件、夹具位于工作台适当位置，与零 件实际加工状态一致。 设定仿真环境机床干涉检查的功能。例如如果部件C与零件接近0. 2mm，认为机 床与零件碰撞，报警。 5.手动或自动编程
4
使用仿真软件的手动调整功能，根据干涉情况，进行手动编程或自动编程。 如 初始X = 0， Y = 0， Z = 0， A = 0， C = 0 如果X = 50， C轴与零件干涉， ........ 若不干涉，将相应XYZABC坐标值写入程序文件，继续下一次运算。若无解，则进入 CAD软件重新调整电极结构尺寸。重新进行程序编制。
6.仿真。 将数控程序导入仿真软件进行干涉检查。
7.程序文件格式化调整。 根据现场加工实际情况，以及电加工机床实际控制系统，进行数控代码的格式调整。 8、编程结束。 本发明的优点实现了现场加工状况的模拟，加工系统的过切、干涉等情况，可以 提前解决。根据模拟信息，及时调整电极的结构及尺寸，节省电极加工费用。极大的縮短了 编程时间，将原先繁重的现场试加工采点过程在电脑上实现，极大地提高了编程效率。其次 真件三维数据模型替代了开敞性好的标准件，提高了程序的可靠性，节约了成本。
图1为电加工仿真机床结构；
图2为异形电极；
图3为电火花加工机床。
具体实施方式
实施例1 如图3所示，零件实际加工过程中，电极通过夹头与C轴连接。利用零件夹具小平 面找正叶盘零度角向A。利用夹具心轴与电极夹头之间的关系进行Y向定位和Z向定位。 利用电极夹头与零件端面之间的关系进行X向定位。对刀过程如图3所示，将电极作为C 轴部件。由于电极形状复杂，系统建立过程中，电极与设计模型之间对刀困难。预先将设计 模型与电极模型在CAD软件里面进行装配，使电极处于加工零点。在装配环境里面导出零 件与电极的STL模型，可保持电极与设计模型处于同一工作坐标系下，使仿真过程中的对 刀相对简单。通常，对于封闭内腔电火花加工，电极手工放置，装夹找正。而对于整体叶盘 内腔，电极找正复杂，包括基准面水平度、加工表面垂直度、轮廓型面基准点等各个要素，找 正时间长。而电极放入内腔之后，运动空间极小，使得电极在X、 Y、 Z方向运动空间极小，无
则X = X-2
如果X二48，C轴与零件干涉， 则A = A-2
如果A二-2，C轴与零件干涉， 则:Y = Y+0. 5法找正。为保证加工精度，提高加工效率，使得一次装夹完成所有叶片加工，必须使用五坐 标联动方式完成电极进入零件的过程。 利用仿真软件机床部件干涉检查的功能，将电极的运动过程与设计模型进行比 较，手动试切，及时发现干涉问题，可以实现电极运动编程。如图3所示，通过反复调整，获 得电极可以进入零件的最大间隙，使得电极进入区域相对开阔，或者增大电极尺寸，提高电 极刚性。
权利要求
一种异形电极五座标运动仿真方法，其特征在于X、Y、Z轴方向的运动和工件(A)、电极(C)的旋转，把电极当作机床部件处理，定义干涉检查的间隙，在仿真环境里面，将电极作为C轴部件，实现仿真环境中的对刀，利用仿真软件机床干涉检查的功能实现异形电极五座标运动的数控编程。
2. 按照权利要求1所述异形电极五座标运动仿真方法，所述的电极其特征在于电极材料为紫铜。
3. 按照权利要求2所述异形电极五座标运动仿真方法，所述的仿真环境中的对刀其特 征在于预先将设计模型与电极模型在CAD软件里面进行装配，使电极处于加工零点。在装 配环境里面导出零件与电极的STL模型，保持电极与设计模型处于同一工作坐标系下。
4. 按照权利要求3所述异形电极五座标运动仿真方法，所述的异形电极五座标运动的 数控编程其特征在于1) 设定加工坐标原点；2) 在三维CAD软件里面进行电极、零件、夹具的装配；3) 输出软件交互所需的三维表达格式；4) 配置编程环境；5) 手动或自动编程；6) 仿真;7) 程序文件格式化调整；8) 编程结束。
5. 按照权利要求4所述异形电极五座标运动仿真方法，所述设定加工坐标原点其特征 在于电极位于零件外部，设定安全距离15-20mm，作为零件加工的原点。
全文摘要
本发明涉及一种异形电极五座标运动仿真方法，其特征在于X、Y、Z方向的运动和工件(A)、电极(C)的旋转，把电极当作机床部件处理，定义干涉检查的间隙，在仿真环境里面，将电极作为C轴部件，实现仿真环境中的对刀，利用仿真软件机床干涉检查的功能实现异形电极五座标运动的数控编程。本发明极大的缩短了编程时间。将原先繁重的现场试加工采点过程在电脑上实现，极大地提高了编程效率。实现了现场加状况的模拟，使加工系统的过切、干涉等遇到的问题提前解决。可以应用于特种加工行业中的电火花加工领域。
文档编号G05B19/18GK101767231SQ20081024691
公开日2010年7月7日 申请日期2008年12月30日 优先权日2008年12月30日
发明者刘艳, 王德新, 纪航, 胡晓群, 陈雷 申请人:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司