基于UG_CAM 的連桿鍛件模具數控編程與加工?

楊 根 張立昌

（西安工程大學工程訓練中心 西安 710048）

1 引言

連桿作為發動機的重要組成零件之一，廣泛應用于汽車、船舶等行業，需求量較大。連桿在發動機內部主要起到傳遞扭矩的作用，由于長期處在高速、交變載荷工況下，工作時間較長磨損嚴重，極易發生疲勞破壞、斷裂，其性能的好壞直接影響發動機的正常運行［1～2］，因而連桿要求應具有良好的機械性能和加工精度?？紤]連桿和曲軸拐頸相連的半圓叉形部分，以及通過活塞銷與活塞相連的小頭部分需要機械加工外，其他表面加工較少，鍛造表面占到80%以上，采用精密鍛造工藝生產優質、高精度的連桿鍛件，可滿足使用要求。此外連桿需要采用大批量機械自動化生產方式，這就要求連桿鍛件應具有較高的重復精度，以滿足機械加工工藝的要求。

考慮以上情況，該鍛件采用無余量精密鍛造工藝進行加工［1～2］。模具采用一模兩腔的結構形式，通過UG 軟件完成模具設計以及編制數控加工程序，借助企業現有設備，加工出滿足企業要求的模具，降低模具成本，提高模具的使用壽命，保證產品的質量及生產效率［3～5］。

2 零件工藝分析

如圖1所示為連桿的零件圖，作為傳動扭矩的重 要 零 件，其 力 學 性 能 要 求 高［6～7］，材 料 選 用41CrMoA，材質系數為M1，鍛件質量為0.48kg，高度為18.6mm，中心距為140mm，連桿桿部為工字型。根據零件的結構特點，模鍛斜度設為7°，以便于從鍛模型槽中取出，鍛件分模位置應該選在具有最大水平投影尺寸的位置，如圖2所示。

圖1 連桿鍛件圖

圖2 鍛件三維模型及分模面

3 連桿鍛模結構設計

圖3 鍛件的上模

連桿的模膛數目及布局有一模一件布局、一模兩件布局、一模三件布局等多種形式，本產品根據企業實際情況，結合產品結構特性，本模具采用一模兩腔、連桿頭尾倒置的結構形式［8］，具有模膛布局緊湊，連桿質量波動小，金屬流線形好等優點；另外提高了企業的生產效率。如圖3、圖4 所示分別為鍛件的上、下模的外形尺寸及布局形式，模具材料均為5CrNiMo。

圖4 鍛件的下模

4 模具的數控加工

UG NX 以CAM 基礎模塊作為連接所有加工模塊的基礎，可根據現有的模具三維模型，通過選擇相應的模塊進行自動編程。根據點位加工編輯功能，按照用戶需求進行靈活的修改和剪裁、定義標準化刀具庫、加工工藝參數樣板庫，使用粗加工、半精加工、精加工等操作，實現數控加工。

4.1 模具加工工藝分析

模具零件在具體加工過程中，選擇合適的加工工藝至關重要，其直接影響模具零件的加工精度。如圖3、4 所示為模具的工程圖，外形尺寸為288mm×348mm×160mm，根據零件工程圖可知零件尺寸較大、加工特征面較多、加工難度較大；同時模具材料采用5CrNiMo，具有良好的韌性、強度和高耐磨性，屬熱作模具鋼。加工工藝按照先粗后精、先主后次的原則，根據不同的特征面選擇合適的刀具以及加工工藝參數，如表1 所示為該模具加工的具體工藝路線方案［9～10］。

4.2 編程及生成刀路軌跡

根據表1 模具的加工工藝方案，利用UG 軟件的CAM 模塊創建加工工序，具體詳細步驟如下［11～12］。

1）創建加工坐標系MCS，位于毛坯上表面中心位置，指定安全平面，距離毛坯上表面20mm，如圖5所示。

表1 連桿模具數控加工工藝流程

圖5 創建MCS及安全平面

2）指定部件和毛坯以及切削區域。

3）創建使用的刀具，定義相關刀具參數。

4）指定工藝方案，創建加工工序，生成加工軌跡，如圖6所示為上、下模型腔粗加工刀路。

5）模擬仿真加工，所有刀路軌跡生成后，需進行動態模擬仿真，如圖7所示。

圖6 模具上、下模粗加工軌跡

4.3 后置處理過程

經NX UG10.0 軟件生成的刀路軌跡包含了切削刀具位置及機床控制指令的加工刀軌文件［13］，該刀軌文件不能直接驅動機床加工，需要調用專用后處理器，如圖8 所示。將其轉換為特定機床控制器所能接受的NC 程序，對刀路軌跡文件進行后置處理，自動轉換為符合設備加工要求的編程代碼，最后將代碼程序導入對應的數控機床，加工出符合圖紙要求的模具。

圖7 下模型腔仿真加工

圖8 專用后處理器及下模型腔粗加工程序

5 結語

本文結合連桿鍛件自身的結構特點、模具零件的加工工藝及UG 軟件的編程仿真方法，創建加工該連桿模具的編程代碼，經仿真檢驗無誤后，直接用于指導生產實踐。加工出來的模具鍛造的連桿零件性能滿足使用要求，為其他相似零件的數控加工工藝方案提供一定的理論依據和參考價值，降低企業的生產成本，提高生產效率。