基于UG 軟件的球銷座數控加工仿真*

張 帥 ，史 紅

（柳州鐵道職業技術學院裝備制造學院，廣西 柳州 545616）

汽車轉向球銷座是焊接在下擺臂總成上，用于安裝轉向球銷的零件。汽車通過下擺臂總成保持轉向節和車架的剛性連接，在轉向的時候，轉向球銷在球銷座上多角度地旋轉，使得轉向機構得以平順轉向，保證汽車轉向時車輪運動軌跡符合同向性要求，保證汽車行駛和轉向的穩定性和可靠性[1-2]。在汽車行駛過程中，車輪承受的汽車重量和地面沖擊通過轉向節傳遞到轉向球銷，球銷座承受著通過轉向球銷傳遞的垂直反力、縱向反力、側向反力以及轉向球銷的運動摩擦力，對球銷座的抗沖擊變形和抗磨能力有很高的要求，對球面精度要求也較高[3-5]。

1 UG NX軟件數控編程

UG NX是一款功能強大的軟件，其中有CAD、CAM、CAE幾大模塊。其中 CAM模塊不僅可以提供全面的、易于使用的功能數控刀軌創建方法，還可以提供單一的制造方案，可以高效率加工出簡單零件或復雜零件[6]。本文主要是利用UG CAM模塊，對球銷座零件的數控加工進行自動編程，并生成數控機床加工需要的代碼，減少傳統人工編程的工作量，提高生產效率。

2 球銷座建模

首先使用UG軟件的建模功能，對球銷座零件進行模型構建，主要采用圓柱體、孔、槽、旋轉切除等命令完成其模型創建。球銷座建模流程圖如圖1所示。

3 球銷座加工工藝分析

需要加工的球銷座如圖1（6）所示，外形輪廓復雜。因此在加工前，合理的工藝分析尤為重要。在工藝卡片中，需確定加工設備、刀具以及切削參數。球銷座由于軸向尺寸較小，在機床上加工時，難以裝夾，因此中間外表面主要采用鍛造成型，數控加工主要是對兩頭和內孔進行加工[7]。球銷座加工工藝過程為毛坯鍛造—正火—粗精車右端外圓、槽，錐孔—調頭粗精車左端外圓、內孔及內球面去毛刺、檢驗。

圖1 球銷座建模流程圖

4 數控加工仿真

4.1 數控加工仿真流程

集成有CAD/CAM功能的UG NX軟件能夠模擬數控加工的全過程，其一般的操作順序如圖2所示，其中“NC操作”指的是創建程序名、幾何體、刀具等。UG NX 10.0能夠模擬數控加工的全過程，其一般流程為：1）創建制造模型（包括創建或獲取設計模型）并進行工藝規劃。2）進入加工環境。3）創建NC操作，如創建程序、幾何體、刀具等。4）生成刀具路徑，進行加工仿真。5）利用后處理器生成NC代碼[8]。

4.2 粗車和精車右端外圓

4.2.1 粗車

1）打開qiuxiaozuo.prt模型文件。

2）進入加工模塊。在UG窗口的“啟動”下拉菜單中選擇“加工”命令，系統立刻彈出“加工環境”對話框，在“加工環境”對話框的列表框中選擇“Turning”選項，然后單擊“確定”按鈕，進入加工環境。

3）創建機床坐標系。在工序導航器的空白處右擊或者在屏幕下面的菜單欄中選擇“幾何視圖”，左邊工序導航器立刻變為“幾何視圖”命令，雙擊工序導航器中節點“MCS_SPINDLE”，將機床坐標系放置在球銷座的最左端的圓心上[9-10]。

4）創建部件幾何體。雙擊工序導航器中“MCS_SPINDLE”節點下的“WORKPIECE”，系統立刻彈出“工件”對話框。在彈出的“工件”對話框中，選擇“部件幾何體”對話框，然后在圖形區選取整個球銷座作為部件幾何體。

5）創建毛坯幾何體。雙擊工序導航器中“WORKPIECE”節點下的“Turning_Workpiece”，系統彈出“Turn bud”對話框。在“Turn bud”對話框中單擊“制定毛坯邊界”并選擇“棒料”，注意設置棒料的長度為球銷座的長度。

6）創建外輪廓切削刀具。單擊下拉菜單“插入”后選擇“刀具”命令。在系統彈出的“創建刀具”對話框中做如下設置。

“類型”：“Turning”選項；

“刀具子類型”：OD_08_L按鈕；

“位置”：GENERIC_MACHINE；

“名稱”：OD_08_L。

設置完成后單擊“確定”按鈕，在系統彈出的“車刀-標準”對話框中設置刀具參數，主要設置刀具的刀尖半徑、方向角度以及夾持器。

7）指定車加工橫截面。單擊下拉菜單“工具”后選擇“車加工橫截面”命令，在系統彈出的“車加工橫截面”對話框中選擇毛坯剖切橫截面為車加工橫截面。

8）創建粗車削工序操作。Rough-Turning工序：

①單擊“插入”后選擇“工序”命令，系統彈出“創建工序”對話框。在“創建工序”對話框中做如下設置。

“類型”：“Turning”選項；

“工序子類型”：Rough-Turning；

“程序”：PROGRAM；

“刀具”：OD_08_L；

“幾何體”：Turning_Workpiece；

“方法”：LATHE_ROUGH；

“名稱”：Rough-Turning。

在“創建工序”對話框中單擊“確定”按鈕，系統彈出“粗車”對話框。

②設置切削參數。在“粗車”工序對話框中，設置切削深度為恒定2 mm，選中“附加輪廓加工”，徑向余量設置為0.7 mm，內外公差設置為0.01 mm。

③設置非切削移動參數。在“非切削移動”對話框中的“進刀”選項卡選擇“圓弧-自動”，其他選項卡中的參數設置采用系統的默認值，單擊“確定”按鈕，完成非切削移動參數的設置。

9）生成刀具軌跡。在“粗車加工”對話框中單擊“生成”按鈕，在圖形區中生成如圖2所示的加工軌跡。

10）3D動態仿真加工。單擊“刀軌可視化”對話框中“3D動態”選項，采用系統默認的設置值，調整動畫速度后單擊“播放”按鈕，即可演示3D動態仿真加工，完成演示后的模型如圖2-⑦所示。

圖2 粗車右端外圓流程圖

4.2.2 精車

右鍵單擊工序導航器中“Rough-Turning”選項，復制粘貼，重命名為FINISH-Turning，在切削參數中改精加工余量為0 mm。

4.3 右端切槽、右端內孔、左端外圓和左端內孔加工

采用同樣的流程分別對右端切槽、右端內孔、左端外圓和左端內孔進行數控自動編程，刀軌圖和3D動態圖如圖3、圖4、圖5、圖6所示。

圖3 右端切槽加工軌圖和3D動態圖

圖4 右端內孔加工軌圖和3D動態圖

圖5 左端外圓加工軌圖和3D動態圖

圖6 左端內孔加工軌圖和3D動態圖

5 結語

本文主要針對球銷座數控加工過程中采用手動編程煩瑣的問題，提出采用UG CAM進行編程，減少手動編程的工作量，實踐證明，可以將UG CAM軟件的數控自動編程模塊引入到球銷座的數控加工編程中，從而有效地提高球銷座的生產效率和質量。