基于UG装配环境的单向阀体电火花成形数控编程的应用

荣天爱，陈济轮，张 昆，朱 波，马海鹏

（首都航天机械公司，北京100076）

在航天系统的电火花加工领域，目前多采用Solidworks、AutoCAD等基础三维软件，相比之下，UG NX的参数化设计优势更突出，环境更优越，且制造功能强大，电极设计后可在UG制造模块下直接进行数控编程，实现设计制造一体化。

采用UG CAD/CAM模块进行数字化设计与制造一体化，可形成更高效、快捷的整体制造模式。在航天系统领域开展基于UG装配环境的电火花成形加工研究，对推进UG设计制造的集成化开发和应用具有深远的意义。

1 UG电火花成形CAD/CAM工艺设计

UG装配模式下的电火花成形数控编程的一般流程见图1。编程的两个基本条件是建立零件和电极的CAD模型，在建立零件三维模型、创建反拷电极后，进入UG装配模式。通过电极和零件的相对运动，检查运动干涉情况，并确定电极运动的中心点，再根据点数据形成刀位轨迹，通过位置运动模拟仿真，最终完成电火花数控程序的编制。

2 单向阀体电火花成形设置原则及方法

2.1 几何体造型

在零件建模过程中需充分考虑材料的电火花放电特点，通过对零件加工部位的处理与优化，修正设计工艺辅助边界，以便于零件的加工。一般情况下，零件的设计应以公差中值作为理论尺寸，通过粗加工、半精加工、精加工过程最终保证设计性能指标。图2是进气环零件剖面图，图3是锥孔示意图。

2.2 电极设计

根据UG设计特征和布尔运算生成电极时，需注意电极装夹部位的设计，保证电极定位中心和机床主轴中心重合，电极的长短以加工部位下限长度为基线，以避免干涉为前提。图4是电极设计示意图，图5是锥孔电极放大图。

图1 UG装配模式的电火花成形数控编程的一般流程

图2 进气环零件剖面

图3 锥孔示意图

设计电极时，还应根据放电量增大或缩小相应设计尺寸，形成电极尺寸的最优化。图6是电极设计示意图，图7是在此基础上进行参数改动后形成的新电极，根据上述原则可生成多个电极。图8是其他阀类零件的电极实物。

图4 电极设计示意图

图5 电极放大图

图6 电极设计示意图

图7 优化电极设计示意图

图8 其他阀类零件的电极实物图

2.3 干涉检查

将进气环零件作为装配体，并将锥孔电极作为装配组件添加到装配体中。通过锥孔电极和进气环零件的相对运动，达到蚀除零件材料的目的。在锥孔的运动过程中，需避免过切现象，可通过干涉检查来实现。图9是电极运动过程中的干涉高亮显示，图10是电极无干涉的情况（对话框表示电极面和装配体接触）。

图9 电极干涉显示

图10 电极无干涉

2.4 轨迹模拟的验证

图11 是轨迹模拟过程中的电极中心移动示意图。在分析多锥孔进气环的结构特点后，设计电极的运动方向为自外而内渐入。先运动到图12所示的最终加工部位，再自内而外抽离，形成完整的电火花成形加工刀位轨迹。

图11 电极中心移动示意图

图12 电极最终加工部位

2.5 优化电极轨迹及数控电火花编程

在电极加工运动过程中，既要避免零件与电极的干涉，也要尽可能做到少量移动。对于电火花成形加工来说，由于加工过程中的多轴联动与旋转都会使生产效率降低，电极损耗会增大，加工速度会变慢，故可尽量通过单轴运动来实现加工需要。

采用UG装配模式生成的数控电火花加工程序如下：

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

N10 C160 JS003；加工条件赋值

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；

程序结束。

3 结论

通过伺服系统单向阀体项目的实践，对UG Assembly有了更充分的认识，并取得了较好的效果，既得到了客户的认可，又提高了对工程项目的适应能力。

（1）UG强大的参数化设计功能，使产品和电极的设计可集中控制，如：在电极尺寸微改动的同时，产品和装配环境可同时更新，既节省了重复建模的时间，又保证了设计效率。

（2）UG装配模块的应用可进一步延展，不仅适用于本文所述阀类产品的数控编程，还适用于复杂扭曲叶片的涡轮盘类产品。

未来将进一步加强对UG Assembly的应用性研究，争取早日实现电火花成形的一体化制造，为航天制造能力的整体提升贡献力量。