整體構件數控電解加工CAD／CAM平臺關鍵技術

時間:2011-02-26 19:50:36 來源:未知

數控電解加工與數控切削加工在解決復雜零件加工上相互補充，成為航空發動機、風機、水泵中加工渦輪、壓氣機靜子、三元流葉輪等整體構件的主要加工方式．整體構件數控電解加工一般先分析數據，建立幾何模型，從幾何模型獲取工藝數據，制定加工工藝方案，計算工序間余量分配；然后進行陰極設計、夾具設計、加工編程、零件測量等工作．過去，整體構件的電解加工過分依賴于加工技術人員的經驗，工藝裝備設計的周期長，工藝試驗次數多，其主要原因在于：1)整體構件的形狀特殊，數據處理、加工路徑的規劃、編程較復雜；2)陰極設計的成功率低，反復試驗的次數多，設計周期長；3)電解加工過程復雜，影響成形的因素多，工藝試驗過程中缺少先進的計算與分析手段，成形精度達不到要求．這些一直是制約電解加工工藝推廣應用的主要因素．電解加工技術人員在長期的加工探索中逐步意識到，把CAD／CAE／CAM等先進技術引入電解加工領域，已成為提高電解加工效率以及工藝試驗成功率的有效措施之一．

近幾年來，國內外電解加工技術人員十分重視電解加工的數字化制造技術研究，對電解加工中的CAD／CAE／CAM、加工工藝數據庫等技術進行了研究，提出了葉片的電解加工CAD／CAE／CAM專家系統框架；開發了陰極設計的CAD／CAE／CAM系統，實現了電解加工的仿真．這些研究成果主要集中在電解加工的單元技術方面，為加工技術平臺的構建提供了技術支撐；但其局限于只能針對特定零件的加工，通用性差，沒有形成系統化、集成化的電解加工應用系統．本文在對數控電解加工關鍵技術研究的基礎上，采用軟件開發技術構建了整體構件數控電解加工CAD／CAM技術平臺(簡稱加工平臺)，下面主要介紹其構成、關鍵技術及其應用．

1加工平臺構建

加工平臺體系構成如圖1所示，其平臺分為3層結構：上層為表示層，包括加工零件逆向建模、數據處理、陰極設計、數控加工運動過程仿真、自動編程和零件測量接口界面；中間層為業務邏輯層，包括幾何建模、數據處理、有限元分析、運動仿真、加工編程和參數優化單元技術模塊；下層為數據層，實現數據的存儲與檢索等功能．

圖1加工平臺構成

2加工平臺實現的功能

在電解加工工藝設計過程中，曲面建模與數據處理、陰極設計、工藝參數選擇、加工路徑規劃與數控加工編程是電解加工的幾大難點，構建加工平臺就是通過對其關鍵技術的研究解決這些難題，達到快速、高效的目的．該加工平臺是圍繞電解加工的難點建立起來的，主要實現的功能有：1)零件建模與數據處理；2)電解加工模擬與陰極設計；3)加工參數選擇與優化；4)數控運動仿真與加工編程；5)零件測量與誤差分析．

3加工平臺關鍵技術

3．1參數化與特征建模技術

參數化建模、特征建模和變量化建模是當今CAD建模的主流技術．整體構件通常由基本特征與特殊結構組成，對于基本特征的造型，CAD軟件都具有這些基本功能；對于整體構件的特殊結構的造型，則需要利用CAD軟件提供的開放接口以及整體構件加工表面的數學模型經過二次開發而成．下面以圖2所示的整體葉輪葉片參數化建模為例進行說明．

圖2葉片參數化建模

葉片參數化建模首先要建立葉片的網格模型，通常葉片的網格模型結構如圖2a所示．它把葉片沿徑向分成n個跨距層，每層上有一個控制點，在葉片的軸向上又分為m個切片層，這樣就有n×m個控制點．利用這些控制點構造葉片的網格線，再由網格線構造曲面，然后在網格面上疊加上葉片的厚度分布，就形成了葉片輪廓，建好的葉片模型如圖2b所示．葉片的參數由控制點的數目決定，實際應用中可以固定部分邊界點，以減少葉片的參數數量．

3．2 電解加工物理過程數值模擬技術

電解加工的過程非常復雜，加工成形受到電場、流場、溫度等影響．研究表明，電解加丁的成形形狀主要與陰極刃口形狀、加工運動軌跡有關；加工精度與電場、流場分布，進給速度等參數有關．本加工平臺運用電解加工理論模型，采用過程離散法和連續有限元計算法實現了加工過程的物理模擬，真實地模擬了整個電解加工的物理過程，利用它可輔助設計陰極、優化加工參數、預測加工形狀．

電解加工物理過程模擬首先要建立加工的數學模型，根據加工原理把電解加工的連續加工過程用微分方程表示，即

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