基于UG齿轮型芯电极设计与数控加工

摘 要： 为提高型腔模具电极设计与数控加工的效率和质量，提出了一种快捷的、优化的设计方法。以型腔模具高效率、高质量电极设计与数控加工为目标，结合企业生产实际，采用UG电极设计模块与建模模块相结合的快捷方法进行电极设计，采用优化的数控加工工艺对零件进行数控加工编程，并采用自定义的后处理文件生成了相应数控系统的数控代码。实验结果表明该零件的加工质量达到了预期的加工要求，为型腔模具的电极设计与数控加工提供了设计思路和方法，对其他类零件的数控加工方案具有重要的指导意义。

【关键词】UG 齿轮型芯 电极设计 数控加工

齿轮型芯的工件尺寸为132mm x 108mm x 26mm，材料为718，齿轮型芯三维模型如图1所示。该型芯上大、小通孔采用电火花线切割加工，然后用工艺板将型芯安装并校正后对该型芯进行整体加工，该型芯两侧有两条沟槽，刀具无法进行有效切削。现根据该型芯的尺寸和结构特点，将型芯上的每条沟槽拆分成两个电极进行电火花成型加工，以便于在型芯整体加工后，加工不到位的窄角地方能用电极电火花成型加工出来。齿轮型芯与设计完成后的电极（主体电极、小电极）如图2所示。

1 齿轮型芯电极设计

电火花加工是利用火花放电产生的电腐蚀现象对金属材料进行加工的方法。电火花加工按工艺方法可分为电火花成型加工、电火花线切割加工、其他类型电火花加工。电火花加工有便于加工用机械加工方法难以加工或无法加工的材料、电极和工作在加工过程中不直接接触而没有机械切削力、电极材料不必比工件材料硬等优点。电火花成形加工是利用电腐蚀原理将电极的形状精确地复制在零件上，齿轮型芯的加工精度与电极的精度有着密切的关系，为了保证电极的精度，在电极设计时，必须选择合适的电极材料、合理的几何尺寸以及较好的加工工艺性。

（1）电极材料的选择：电极材料的选择原则是：损耗小、成形快，加工稳定性好，机械加工工艺性好，价格适宜和来源广。由于紫铜加工稳定性好、电极损耗较小，齿轮型芯电极采用紫铜，但机械加工性能稍差。

（2）电极的结构设计：由于齿轮型芯较小，电极尺寸较小，结构不太复杂，采用整体式电极。

（3）电极的制造工艺方法：铜的质材较软，加工时易变形，加工后电极表面粗糙度较差。切削加工时，进刀量要尽可能小，并用肥皂水作工作液。铜电极的磨削特别困难，容易堵塞砂轮，磨削砂轮粒度不能太细，同时要采用低转速、小进给量，并使用工作液。

齿轮型芯电极共2个，分为主体电极和小电极，每个电极均有电极头、避空位、基准板三部分组成。

1.1 主体电极设计

电极设计时采用初始化电极项目、抽取、桥接、通过曲线网格、拉伸、修剪体、艺术曲面、拉伸、扫掠、拉伸、动态WCS、基准平面、修剪的片体、有界平面、缝合命令，再利用毛坯设计、倒斜角、隐藏命令。主体电极设计如图3所示。

1.2 小电极设计

小电极设计采用初始化电极项目、抽取、扫掠、拉伸、动态WCS、基准平面、修剪的片体、有界平面、缝合、镜像体命令、毛坯设计、倒斜角、隐藏命令。小电极设计如图4所示。

2 齿轮型芯电极EDM图

电极EDM图主要是用来反映电极在模具中的具置，以便操作工能清楚地校表并取得准确的碰数。主体电极EDM图如图5所示。小电极EDM图与主体电极EDM图相似，这里从略。

3 齿轮型芯电极数控加工

齿轮型芯电极的工件尺寸为50mm x 38mm x16mm，材料使用紫铜。在UG加工模块下，毛坯为自动块且XM+、XM-、YM+、YM-、ZM+均为1mm，ZM-为0mm。主体电极数控加工过程如下：

1.电极头、避空位及基准板粗加工；2.电极头、避空位半精加工；3.电极头及避空位陡峭面精加工；4.电极头平面精加工；5.基准板顶面精加工；6.基准板侧面（直立面）精加工。

主体电极的数控加工仿真如图6所示，小电极的数控加工方法与主体电极相似，这里从略。

4 结语

采用UG电极设计模块与建模模块相结合的方法进行电极设计，可大大提高电极设计的效率和质量。电极数控编程时电极成型部位（电极头及避空位）精加工余量为负值，而基准板精加工余量仍为0，平底刀加工无法设置负余量时，可采用骗刀方法和刀轨变换来实现。

作者单位

中航工业陕飞设计研究院 陕西省汉中市 723000