許曉琴,馬 蔚

(鹽城工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224051)

基于NX的石墨電極設(shè)計(jì)及編程在海爾電器中的應(yīng)用

許曉琴,馬 蔚

(鹽城工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224051)

以海爾電器的石墨電極為例，探討了在NX系統(tǒng)平臺上，進(jìn)行電極設(shè)計(jì)及編程的方法、過程，并給出相關(guān)參數(shù)的參考值以供實(shí)際生產(chǎn)參考,基于NX平臺進(jìn)行數(shù)字化虛擬制造提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

NX；石墨電極；電極設(shè)計(jì)；數(shù)控編程

石墨電極具有電極消耗少、放電加工速度快、機(jī)械加工性能好、重量輕、熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)越性，逐漸代替銅電極成為復(fù)雜、精密、薄壁、窄縫、高硬材料模具型腔電火花加工中的重要工具[1-3]。為了提高石墨電極的加工質(zhì)量和加工效率，需要借助UG NX軟件系統(tǒng)平臺[4]。圖1是基于NX的石墨電極制作工作程序流程圖，主要包括模具型腔分析、電極設(shè)計(jì)、電極建模、電極編程、程序驗(yàn)證和數(shù)控加工等階段。

圖1 電極制作程序流程Fig.1 Electrode manufacturing work process

1 電極設(shè)計(jì)

電極是根據(jù)模具型腔需要放電加工部位的結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)的，電極設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮可加工性、效率、成本、安全性等因素。電極結(jié)構(gòu)如圖2所示，由放電部分、避空延伸部分和基座3部分組成。其中放電部分包含了放電間隙(俗稱火花位)，一般粗加工用的電極單邊放電間隙為0.3 mm 左右，精加工用的則為0.1 mm；避空位要根據(jù)放電加工零件的形狀與部位決定，一般使基準(zhǔn)面離放電加工零件部位的最高處不少于3 mm，便于工作液的循環(huán)過濾；基座包含校表部位和基準(zhǔn)角，高度一般為15 mm，校表部位(基座側(cè)壁與避空延伸部位的距離)一般單邊不小于3 mm，基準(zhǔn)角主要用于確定如何安裝電極(電極的基準(zhǔn)角要與模具零件的基準(zhǔn)角相對應(yīng))。

圖2 電極結(jié)構(gòu)Fig.2 Electrode structure

2 電極建模

圖3是加工海爾電器模具的石墨電極，是基于NX草圖建立的模型。此電極由4組筋位電極片組成，其薄壁厚度為1.2 mm，最高部位14.8 mm，電極薄壁頂部30°斜面,薄壁側(cè)面R0.5 mm圓角過渡。模型在草圖的基礎(chǔ)上添加幾何約束和尺寸約束，輔以拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等實(shí)體建模方法繪制而成。改變草圖中的約束條件模型隨之而變，使得模型易于編輯和修改，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化和系列化的設(shè)計(jì)。4組筋位電極用成形特征創(chuàng)建再陣列生成。

圖3 石墨電極模型Fig.3 Model of graphite electrode

3 電極編程

NX/CAM提供了加工程式模板、刀具模板、加工對象模板和刀具軌跡模板等諸多模板文件。模板文件通常是將石墨電極的最佳工藝規(guī)程，包括常用加工方法、加工順序、刀具、經(jīng)驗(yàn)工藝參數(shù)和切削參數(shù)等按編程規(guī)范要求集成在NX文件中而形成。在形似的成組零件編程時(shí)，只需調(diào)用模板文件，選擇所需的幾何體，并啟動該流程即可。用戶通過加工向?qū)Э煞浅Ｈ菀椎貜哪０逯蝎@得專家級的制造過程指導(dǎo)，并通過簡單的交互快速生成數(shù)控加工刀具軌跡，大幅度提供數(shù)控編程的效率和質(zhì)量。

3.1 電極準(zhǔn)備

對電極進(jìn)行工藝分析，針對電極的加工需求，選擇相應(yīng)的NX編程模板文件，創(chuàng)建工作坐標(biāo)系，構(gòu)建保護(hù)體或輔助體和毛坯存貯到各自要求的圖層(見圖4)。圖3石墨電極筋板厚1.2 mm，最高部位深14.8 mm,深寬比7.4,加工中薄片部位容易變形,須將薄片的兩側(cè)面各加厚2 mm,即總厚度加到5.2 mm,建立第二層保護(hù)體。

圖4 圖層設(shè)置Fig.4 Layer setting

3.2 模板導(dǎo)入

進(jìn)入加工模塊，導(dǎo)入CAM模板，定義安全距離、工件毛坯，進(jìn)入幾何視圖，進(jìn)行MCS-MILL-M1及WP設(shè)置。筋位電極開粗R-PART并在第二層的“組”下重新選擇MCS-MILL-M1，重新選擇部件和毛坯。

3.3 程序編制

電火花加工中合理選擇放電間隙、加工電參數(shù)和規(guī)準(zhǔn)，有利于充分發(fā)揮脈沖電源和電火花加工機(jī)床的性能，減小電極的相對損耗，提高加工精度。

石墨電極作為電火花加工的重要工具，因其形狀各異及放電間隙的要求，使其與一般零件的加工有所不同。編程須依據(jù)電極的放電面積和特點(diǎn)，合理設(shè)置放電間隙即放電火花位(一般粗加工類電極單邊放電間隙為 0.3 mm左右，精加工類則為0.1 mm左右)。本文石墨電極屬薄壁細(xì)肋類低剛性零件，采用高速銑削,其切削力尤其是徑向切削力的大幅度減少有利于保證其形狀和尺寸精度。銑削不同部位的加工余量值則根據(jù)放電間隙分別設(shè)置，具體加工方法及程序見圖5：

圖5 程序順序視圖及過切檢查設(shè)置Fig.5 Program order view and settings of over-cutting check

(1)殺頂R-TOP，開始加工應(yīng)先殺頂作為機(jī)床加工時(shí)的試切，以檢查工件裝夾是否歪斜,R-TOP毛坯部件側(cè)面余量0.3 mm。

電極開粗R-PART，高效率安全去除余量，從毛坯頂層銑削至電極底座上方0.3 mm，R-PART毛坯部件側(cè)面余量0.2 mm。

基座開粗R-DATUM，由于安裝的需要，電極底座高度較高，而定位只需上面一截，基座開粗只須從電極底座頂面加工至頂面以下10 mm處，R-PART毛坯部件側(cè)面余量0.5 mm。

R-TOP、R-PART、R-DATUM選用E10-2金剛石涂層銑刀，主軸轉(zhuǎn)速11 000 r/min,進(jìn)給速度5 500 mm/min。

(2)二次開粗2R-PART， 毛坯部件側(cè)面余量0.2 mm。粗加工頂面SF-PART，毛坯部件側(cè)面余量0.1 mm，直接加工到火花位。2R-PART、SF-PART選用E3-2金剛石涂層銑刀，主軸轉(zhuǎn)速12 000 r/min,進(jìn)給速度4 000 mm/min。

(3)半精加工頂面SF-P-TOP, 半精加工到余量0，毛坯部件側(cè)面余量-0.05 mm。半精加工在電極設(shè)計(jì)中用于頂面是弧面的類型，方法是在精加工的固定軸(CONTOUR_AREA)前再加一步有一定余量的固定軸，從而使余量均勻。

精加工頂面F-P-TOP，精加工到火花位，毛坯部件側(cè)面余量-0.2 mm。SF-P-TOP、F-P-TOP選用B3R1.5金剛石涂層銑刀，主軸轉(zhuǎn)速12 000 r/min, 進(jìn)給速度3 500 mm/min。薄片電極采用較小的刀具加工，可減輕受力變形。

(4)等高側(cè)壁F-P-SIDE，直接加工到火花位，毛坯部件側(cè)面余量-0.2 mm。選用E3-4金剛石涂層銑刀，主軸轉(zhuǎn)速10 000 r/min, 進(jìn)給速度3 000 mm/min。等高側(cè)壁加工的刀路見圖6。

圖6 等高側(cè)壁加工刀路Fig.6 Equal height side wall cutting path

(5)清角FLOW-J-1,選用E1.5溝槽刀,主軸轉(zhuǎn)速10 000 r/min,進(jìn)給速度2 100 mm/min。

清角FLOW-J-2,選用E1溝槽刀,主軸轉(zhuǎn)速12 000 r/min,進(jìn)給速度1 900 mm/min。

清角毛坯部件側(cè)面余量-0.2 mm。

(6)基座上表面平面光刀F-D-TOP，加工到余量0，毛坯部件側(cè)面余量0.3 mm。

基座側(cè)面?zhèn)热泄獾禙-D-SIDE，加工到余量0，部件余量0。

F-D-TOP、F-D-SIDE選用E10-4金剛石涂層銑刀，主軸轉(zhuǎn)速3 000 r/min,進(jìn)給速度1000 mm/min。

4 程序驗(yàn)證

完成加工編程后，需要通過過切檢查、動態(tài)檢驗(yàn)、 vericut、Cimatron's Verifier等來驗(yàn)證編程正確性。過切檢查用于檢查刀軌的正確性，其設(shè)置如圖5所示的“第一次過切或碰撞時(shí)暫?！?，刀具在出現(xiàn)干涉的位置中斷，消息框直接顯示錯(cuò)誤報(bào)告；動態(tài)檢驗(yàn)用于驗(yàn)證編程的正確性，在圖5所示界面單擊“重播”按鈕，動態(tài)檢驗(yàn)結(jié)果如圖7所示，刀具走刀的下刀點(diǎn)、進(jìn)刀點(diǎn)、退刀點(diǎn)和切削深度、走刀路徑等都在動態(tài)檢驗(yàn)過程中得到了檢驗(yàn)；vericut加工模擬可避免碰刀柄等事故的出現(xiàn)；Cimatron's Verifier的軟件平臺驗(yàn)證，選擇毛坯、零件和全部程序，通過顏色對比演示模擬是否加工到位，可有效避免實(shí)際加工運(yùn)行中出現(xiàn)的工件表面過切、刀具與工件碰撞等事故的發(fā)生。

圖7 動態(tài)檢驗(yàn)Fig. Dynamic check

通過以上NX/CAM的加工仿真可及時(shí)發(fā)現(xiàn)編程中的不足，及時(shí)修改再驗(yàn)證，確保數(shù)控加工的順利完成，從而減少返工，降低加工成本。

5 結(jié)束語

本文通過對海爾電器的石墨電極進(jìn)行實(shí)例設(shè)計(jì)及編程，探討電極的設(shè)計(jì)與編程的方法、過程，并給出相關(guān)參數(shù)的參考值以供實(shí)際生產(chǎn)參考，有助于提高企業(yè)石墨電極的數(shù)控加工質(zhì)量和效率。

(1)實(shí)現(xiàn)數(shù)控編程的參數(shù)化。當(dāng)設(shè)計(jì)人員修改電極模型，NC模型隨之更改，編程人員只需重新設(shè)置刀位軌跡，就可以得到修改后的數(shù)控代碼。

(2)提高數(shù)控編程的效率。在分析電極模型的基礎(chǔ)上，按照編程規(guī)范要求，編制了包含工藝信息的模板文件，提高了數(shù)控編程效率。

(3)提高數(shù)控編程的質(zhì)量。通過過切檢查、動態(tài)檢驗(yàn)、Cimatron's Verifier、 vericut等實(shí)現(xiàn)編程代碼的驗(yàn)證，說明編程的正確性與有效性。

[1] 奉遠(yuǎn)財(cái)，王達(dá)斌，鄖鵬.薄片電極的數(shù)控編程加工[J].模具制造,2008(8)：67-69.

[2] 王達(dá)斌，奉遠(yuǎn)財(cái)，曾向彬.模具制造中的電極設(shè)計(jì)與加工[J].模具制造,2009(8)：86-89.

[3] 徐皓，黃昌丈，余國平.UG NX4.0軟件在鍛模電加工電極編程中的應(yīng)用[J].模具工業(yè),2011，37(10):72-75.

[4] 展迪優(yōu).UG NX8.0數(shù)控編程教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

(責(zé)任編輯：李華云)

The Application of Graphite Electrode Design and Programming Based on NX for Haier Electrical Appliance

XU Xiaoqin, MA Wei

(School of Mechanical Engineering, Yancheng Institute of Technology, Yancheng Jiangsu 224051, China)

Take graphite electrode of Haier Electronics as an example, this paper discussed the method and process of electrode design and programming on the platform of NX system, and supplied relative parameters as manufactural reference. The result shows that digital virtual manufacturing based on NX platform has improved the production efficie uy and quality.

NX; graphite electrode; electrode design; NC programming

10.16018/j.cnki.cn32-1650/n.201504010

2015-07-17

許曉琴(1968-),女，江蘇東臺人，副教授，碩士，主要研究方向?yàn)闄C(jī)電設(shè)計(jì)及制造、CAD/CAM技術(shù)。

TP391.73

A

1671-5322(2015)04-0042-04