葉片加工的數(shù)控運(yùn)動(dòng)仿真包括葉盆、葉背、葉根加工對刀，讀取數(shù)據(jù)、計(jì)算、仿真等步驟，數(shù)控運(yùn)動(dòng)仿真的部分控制界面如圖7a所示．葉片仿真在運(yùn)動(dòng)過程中檢驗(yàn)數(shù)控運(yùn)動(dòng)軌跡的正確性，同時(shí)檢查加工過程中陰極與零件之間的運(yùn)動(dòng)干涉．整體葉輪葉片數(shù)控運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果如圖7b所示．

 

圖7葉片加工數(shù)控運(yùn)動(dòng)仿真

    4)數(shù)控加工自動(dòng)編程

    數(shù)控加工編程在加工模擬正確的基礎(chǔ)上，針對所運(yùn)用的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)類型進(jìn)行相應(yīng)的后置處理，本機(jī)床的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)由5個(gè)二軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)組成，采用虛擬軸彬軸控制機(jī)床五軸的同步性，系統(tǒng)自動(dòng)生成的加工程序格式如下：

    N0030 C01 F2．000

    N0040 X-1．049 Y-0．309 Z1．000 CW-0．211

          CT0．000 W2．000

    N0050 X-1．056 Y-0．303 Z1．000 CW-0．210

          CT0．000 W2．000

    N0060 X-1．067 Y-0．297 Z1．000 CW-0．213

          CT0．000 W2．000

    其中w為虛擬軸坐標(biāo)，其設(shè)置值要大于其他5個(gè)軸的值，編程的控制界面如圖7a所示．

    實(shí)際應(yīng)用表明，在過去的整體葉輪加工試驗(yàn)中，加工工藝設(shè)計(jì)及其裝備制造時(shí)間約為5～6個(gè)月，加工試驗(yàn)時(shí)間約為2～3個(gè)月，試驗(yàn)次數(shù)多．在利用CAD／CAM平臺之后，所需的加工試驗(yàn)次數(shù)明顯減少，該葉輪的葉片只進(jìn)行了3次加工試驗(yàn)就達(dá)到了加工工序要求，試制周期減少至3個(gè)月左右，時(shí)間大大縮短．

4．2壓氣機(jī)靜子加工應(yīng)用

    將本文的加工平臺應(yīng)用于某型號航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)靜子的氣流通道加工中．壓氣機(jī)靜子的形狀為一個(gè)閉式的整體構(gòu)件，電解加工的氣流通道為異形，如圖8a所示．下面主要介紹利用CAD／CAM技術(shù)平臺進(jìn)行電解加工陰極設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化．

圖8壓氣機(jī)靜子與加工陰極

    1)陰極設(shè)計(jì)

    利用CAD／CAM技術(shù)平臺的電解加工過程模擬模塊實(shí)現(xiàn)．設(shè)計(jì)過程包括陰極、工件邊界的繪制、加工過程的模擬，誤差計(jì)算、陰極形狀修整、再模擬、形狀擬合、數(shù)據(jù)輸出等．陰極設(shè)計(jì)的軟件環(huán)境如圖9所示，其中還包括加工過程模擬、仿真計(jì)算、誤差分析等功能．

圖9陰極設(shè)計(jì)軟件環(huán)境

    利用模擬模塊對壓氣機(jī)靜子的型腔加工過程進(jìn)行模擬，圖10所示為陰極送進(jìn)到78mm時(shí)電場有限元分析的瞬間過程，模擬過程自動(dòng)完成，整個(gè)加工過程需要經(jīng)過780輪有限元計(jì)算．

圖10電場有限元求解過程

    利用模擬系統(tǒng)對初始設(shè)計(jì)的陰極形狀進(jìn)行了多次模擬，對陰極成形面進(jìn)行了多次修正，最終獲得陰極外形數(shù)據(jù)．利用該數(shù)據(jù)進(jìn)行陰極設(shè)計(jì)，經(jīng)過模擬設(shè)計(jì)的陰極幾何形狀如圖8b所示．

    2)加工參數(shù)優(yōu)化

    利用模擬系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的加工參數(shù)主要是加工電壓和進(jìn)給速度．改變這2個(gè)參數(shù)是加工中調(diào)節(jié)加工間隙的主要方法，它們影響加工成形的精度與效率．加工電壓和進(jìn)給速度對成形精度的影響雖然在理論上不能精確計(jì)算，但可以通過電解加工模擬系統(tǒng)得到加工電壓、進(jìn)給速度恰當(dāng)?shù)闹担迷搮?shù)值加工既能夠獲得一定的精度又能夠獲得最大的效率．表1所示為用不同加工電壓進(jìn)行加工過程數(shù)值模擬得到的加工間隙分布，從表中可以得到加工電壓對加工間隙的影響．

    采用同樣的方法可以模擬加工速度對加工間隙分布的影響．通過多次加工模擬使加工參數(shù)得到了優(yōu)化，最終加工參數(shù)為加工電壓為14V；進(jìn)給距離在0～50mm內(nèi)進(jìn)給速度為2．4mm／min，進(jìn)給距離在50～78 mm內(nèi)進(jìn)給速度為2．2 mm／min．

    試驗(yàn)表明，采用上述優(yōu)化的加工參數(shù)進(jìn)行加工，在整個(gè)加工面上得到的加工間隙范圍為0．373～0．571 mm．在零件幾十個(gè)型腔的電解加工過程中沒有發(fā)生加工短路現(xiàn)象，加工過程穩(wěn)定，得到的加工形狀精度滿足加工工序要求．

5 結(jié)論

    1)整體構(gòu)件數(shù)控電解加工CAD／CAM技術(shù)平臺在整體葉輪等零件的電解加工中得到了成功應(yīng)用，平臺的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)在實(shí)踐中得到了檢驗(yàn)；

    2)實(shí)際應(yīng)用證明，該平臺在整體葉輪、壓氣機(jī)靜子等零件加工中有效地解決了電解加工中的建模、數(shù)據(jù)處理、陰極設(shè)計(jì)、加工參數(shù)選擇、加工編程等問題；

    3)該加工平臺把現(xiàn)代CAD／CAM先進(jìn)制造技術(shù)引入到傳統(tǒng)的電解加工中，縮短了整體構(gòu)件電解加工的周期，提高了電解加工的效率與工藝試驗(yàn)的成功率，有助于數(shù)控電解加工工藝進(jìn)一步推廣應(yīng)用．