基于UG 软件的球销座数控加工仿真*

张 帅 ，史 红

（柳州铁道职业技术学院装备制造学院，广西 柳州 545616）

汽车转向球销座是焊接在下摆臂总成上，用于安装转向球销的零件。汽车通过下摆臂总成保持转向节和车架的刚性连接，在转向的时候，转向球销在球销座上多角度地旋转，使得转向机构得以平顺转向，保证汽车转向时车轮运动轨迹符合同向性要求，保证汽车行驶和转向的稳定性和可靠性[1-2]。在汽车行驶过程中，车轮承受的汽车重量和地面冲击通过转向节传递到转向球销，球销座承受着通过转向球销传递的垂直反力、纵向反力、侧向反力以及转向球销的运动摩擦力，对球销座的抗冲击变形和抗磨能力有很高的要求，对球面精度要求也较高[3-5]。

1 UG NX软件数控编程

UG NX是一款功能强大的软件，其中有CAD、CAM、CAE几大模块。其中 CAM模块不仅可以提供全面的、易于使用的功能数控刀轨创建方法，还可以提供单一的制造方案，可以高效率加工出简单零件或复杂零件[6]。本文主要是利用UG CAM模块，对球销座零件的数控加工进行自动编程，并生成数控机床加工需要的代码，减少传统人工编程的工作量，提高生产效率。

2 球销座建模

首先使用UG软件的建模功能，对球销座零件进行模型构建，主要采用圆柱体、孔、槽、旋转切除等命令完成其模型创建。球销座建模流程图如图1所示。

3 球销座加工工艺分析

需要加工的球销座如图1（6）所示，外形轮廓复杂。因此在加工前，合理的工艺分析尤为重要。在工艺卡片中，需确定加工设备、刀具以及切削参数。球销座由于轴向尺寸较小，在机床上加工时，难以装夹，因此中间外表面主要采用锻造成型，数控加工主要是对两头和内孔进行加工[7]。球销座加工工艺过程为毛坯锻造—正火—粗精车右端外圆、槽，锥孔—调头粗精车左端外圆、内孔及内球面去毛刺、检验。

图1 球销座建模流程图

4 数控加工仿真

4.1 数控加工仿真流程

集成有CAD/CAM功能的UG NX软件能够模拟数控加工的全过程，其一般的操作顺序如图2所示，其中“NC操作”指的是创建程序名、几何体、刀具等。UG NX 10.0能够模拟数控加工的全过程，其一般流程为：1）创建制造模型（包括创建或获取设计模型）并进行工艺规划。2）进入加工环境。3）创建NC操作，如创建程序、几何体、刀具等。4）生成刀具路径，进行加工仿真。5）利用后处理器生成NC代码[8]。

4.2 粗车和精车右端外圆

4.2.1 粗车

1）打开qiuxiaozuo.prt模型文件。

2）进入加工模块。在UG窗口的“启动”下拉菜单中选择“加工”命令，系统立刻弹出“加工环境”对话框，在“加工环境”对话框的列表框中选择“Turning”选项，然后单击“确定”按钮，进入加工环境。

3）创建机床坐标系。在工序导航器的空白处右击或者在屏幕下面的菜单栏中选择“几何视图”，左边工序导航器立刻变为“几何视图”命令，双击工序导航器中节点“MCS_SPINDLE”，将机床坐标系放置在球销座的最左端的圆心上[9-10]。

4）创建部件几何体。双击工序导航器中“MCS_SPINDLE”节点下的“WORKPIECE”，系统立刻弹出“工件”对话框。在弹出的“工件”对话框中，选择“部件几何体”对话框，然后在图形区选取整个球销座作为部件几何体。

5）创建毛坯几何体。双击工序导航器中“WORKPIECE”节点下的“Turning_Workpiece”，系统弹出“Turn bud”对话框。在“Turn bud”对话框中单击“制定毛坯边界”并选择“棒料”，注意设置棒料的长度为球销座的长度。

6）创建外轮廓切削刀具。单击下拉菜单“插入”后选择“刀具”命令。在系统弹出的“创建刀具”对话框中做如下设置。

“类型”：“Turning”选项；

“刀具子类型”：OD_08_L按钮；

“位置”：GENERIC_MACHINE；

“名称”：OD_08_L。

设置完成后单击“确定”按钮，在系统弹出的“车刀-标准”对话框中设置刀具参数，主要设置刀具的刀尖半径、方向角度以及夹持器。

7）指定车加工横截面。单击下拉菜单“工具”后选择“车加工横截面”命令，在系统弹出的“车加工横截面”对话框中选择毛坯剖切横截面为车加工横截面。

8）创建粗车削工序操作。Rough-Turning工序：

①单击“插入”后选择“工序”命令，系统弹出“创建工序”对话框。在“创建工序”对话框中做如下设置。

“类型”：“Turning”选项；

“工序子类型”：Rough-Turning；

“程序”：PROGRAM；

“刀具”：OD_08_L；

“几何体”：Turning_Workpiece；

“方法”：LATHE_ROUGH；

“名称”：Rough-Turning。

在“创建工序”对话框中单击“确定”按钮，系统弹出“粗车”对话框。

②设置切削参数。在“粗车”工序对话框中，设置切削深度为恒定2 mm，选中“附加轮廓加工”，径向余量设置为0.7 mm，内外公差设置为0.01 mm。

③设置非切削移动参数。在“非切削移动”对话框中的“进刀”选项卡选择“圆弧-自动”，其他选项卡中的参数设置采用系统的默认值，单击“确定”按钮，完成非切削移动参数的设置。

9）生成刀具轨迹。在“粗车加工”对话框中单击“生成”按钮，在图形区中生成如图2所示的加工轨迹。

10）3D动态仿真加工。单击“刀轨可视化”对话框中“3D动态”选项，采用系统默认的设置值，调整动画速度后单击“播放”按钮，即可演示3D动态仿真加工，完成演示后的模型如图2-⑦所示。

图2 粗车右端外圆流程图

4.2.2 精车

右键单击工序导航器中“Rough-Turning”选项，复制粘贴，重命名为FINISH-Turning，在切削参数中改精加工余量为0 mm。

4.3 右端切槽、右端内孔、左端外圆和左端内孔加工

采用同样的流程分别对右端切槽、右端内孔、左端外圆和左端内孔进行数控自动编程，刀轨图和3D动态图如图3、图4、图5、图6所示。

图3 右端切槽加工轨图和3D动态图

图4 右端内孔加工轨图和3D动态图

图5 左端外圆加工轨图和3D动态图

图6 左端内孔加工轨图和3D动态图

5 结语

本文主要针对球销座数控加工过程中采用手动编程烦琐的问题，提出采用UG CAM进行编程，减少手动编程的工作量，实践证明，可以将UG CAM软件的数控自动编程模块引入到球销座的数控加工编程中，从而有效地提高球销座的生产效率和质量。