1 引言
    汽車車燈燈罩(見圖1)上刻有各種不同形狀和紋理的側(cè)花紋，起著配光和裝飾作用。車燈罩側(cè)花紋的加工工藝與模具設(shè)計是車燈罩設(shè)計制造的一個重要環(huán)節(jié)。目前，國外已開發(fā)出專用的車燈罩模具及花紋CAD/CAM軟件，如IUA等。隨著汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，研究和開發(fā)自有的相應(yīng)軟件，改變長期依賴進(jìn)口的局面，已成為企業(yè)的迫切需求.對車燈罩側(cè)花紋CAD/CAM系統(tǒng)設(shè)計、技術(shù)方案、軟件實現(xiàn)進(jìn)行了深入分析、技術(shù)實現(xiàn)、實例驗證，并在相關(guān)企業(yè)得到應(yīng)用.

    2 車燈罩模具側(cè)花紋CAD/CAM系統(tǒng)設(shè)計
    根據(jù)車燈罩模具側(cè)花紋的特點，結(jié)合企業(yè)的軟硬件現(xiàn)狀，確定以CAD/CAM軟件CATIA V5為開發(fā)平臺，通過二次開發(fā)，實現(xiàn)車燈罩模具側(cè)花紋CAD/CAM.在反復(fù)調(diào)研的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)的功能模塊組成，如圖2所示。

    3 車燈罩模具CAD/CAM關(guān)鍵技術(shù)
    車燈罩模具側(cè)花紋通過截交法或投影法逐段生成.在此基礎(chǔ)上，還需對多組零碎的側(cè)花紋進(jìn)行必要的分組和排序，然后進(jìn)行光順和擬合，才能獲得合格的車燈罩模具側(cè)花紋。
    3.1側(cè)花紋線的分組與排序
    大多數(shù)情況下，花紋線都屬于平面曲線，同一組的花紋線彼此相鄰。根據(jù)這一特點，編制了相應(yīng)程序，對所選的花紋線段進(jìn)行自動分組。
    為了將同組多段花紋線連接成光順的曲線，需對多段花紋線進(jìn)行排序。結(jié)合有關(guān)曲線排序算法,考慮到在車燈罩側(cè)花紋設(shè)計中，花紋線是平面曲線，花紋的走向在沿著脫模方向上是單調(diào)的，因此采取如下排序算法:根據(jù)曲線段的空間位置關(guān)系，由用戶提供的參考線確定第一條曲線段，然后再根據(jù)曲線段間的距離遠(yuǎn)近判斷曲線段的順序，據(jù)此編制了相關(guān)程序。
    3.2花紋線的光順與擬合
    為了對多段側(cè)花紋線進(jìn)行光順和擬合，獲得完整的花紋曲線，必須在確定多段花紋線空間順序的基礎(chǔ)上，判斷相鄰曲線之間的連續(xù)性，包括C0連續(xù)性和C1連續(xù)性。
    根據(jù)車燈罩花紋線的特點，在其截平面內(nèi)，脫模方向所在的直線與花紋線的交點只可能有一個，即花紋線沿著脫模方向是單調(diào)的，利用這一點，可判斷曲線的C0連續(xù)性。在CA1TA VS中，可以利用Fonrnila計算2條曲線之間的距離，通過判斷距離的大小來判斷2條曲線是不是C0連續(xù)的。
    相鄰曲線間的切向連續(xù)性(C1連續(xù)性)的判斷算法如下:
    (1)判斷各個曲線段的走向，并對曲線的方向進(jìn)行調(diào)整。
    (2)取得相鄰曲線在相鄰端點位置處的切矢量，并判斷切矢量夾角是否滿足要求。曲線如果切向不連續(xù)，必須根據(jù)設(shè)計與加工要求，用一段光順的曲線進(jìn)行擬合。對于間隙過大的情況。原曲線不能用CATIA V5VBA提供的函數(shù)自動連接。這時做如下修補處理，在原先間隙過大的曲線間插入一段NURB曲線，并使其滿足：以被連接線的端點為控制點，其端點切矢量與被連接線的切矢量一致，端點曲率等于被連接端點的曲率，控制點的權(quán)重取w=1，以拋弧線在連接處連接原曲線。這樣，就可以實現(xiàn)2條曲線之間的光順連接(見圖3)。
    

  對于明顯有尖角的曲線不連續(xù)情況，可將尖角處的曲線裁剪掉一部分，然后用圓錐曲線將裁剪過的曲線光順連接起來。
    經(jīng)過上述光順和擬合處理，原來分段零碎的花紋線就連接成光滑連續(xù)的合格花紋線。再應(yīng)用相關(guān)算法，獲得刀位點和無干涉刀具路徑，則可進(jìn)一步生成車燈罩模具側(cè)花紋的CAM加工文件。
    3. 3  NC文件與G代碼獲取
    對于需要進(jìn)刀、退刀、加工、空走刀的部分分別設(shè)定標(biāo)志，并根據(jù)數(shù)控加工原理及相應(yīng)算法，獲得數(shù)控加工文件。根據(jù)Apt語法以及VB提供的文件訪問方式，可以方便地得到刀位文件，其后綴為“.aptsource”。數(shù)控加工G代碼既可以通過刀位文件的轉(zhuǎn)換直接生成，也可以通過加工坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換后的刀位數(shù)據(jù)以及加工參數(shù)直接得到。
    4 車燈罩模具側(cè)花紋CAD/CAM系統(tǒng)實現(xiàn)
    CATIA VS Aurarratian提供2種二次開發(fā)、調(diào)用CATIA VS應(yīng)用程序的方法:Out-Process和In-Process。根據(jù)企業(yè)需求和技術(shù)特點，選擇Out-Process模式進(jìn)行車燈罩模具側(cè)花紋CAD/ CAM系統(tǒng)的二次開發(fā)，通過系統(tǒng)的外部調(diào)用，啟動CATIA V5，并實現(xiàn)所需的造型、裝配等功能。
    根據(jù)系統(tǒng)功能模塊劃分和上述側(cè)花紋的生成、分組、排序、光順、擬合、刀位點生成、刀具路徑生成等關(guān)鍵算法，開發(fā)了基于CATIA V5的車燈罩模具側(cè)花紋CAD/ CAM系統(tǒng)。該系統(tǒng)配有一個簡潔的主界面，可通過操作系統(tǒng)開始菜單、桌面圖標(biāo)等方式運行。運行后，系統(tǒng)主界面會自動調(diào)用CAT1A V5，并可通過CA71A V5打開原始的車燈罩模具CAD文件和側(cè)花紋數(shù)據(jù)文件(見圖4)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合CAIIA V5自帶CAD/CAM功能，并通過主界面調(diào)用“花紋線生成”、“花紋線擬合”、“延伸/縮進(jìn)”、“花紋刀心線”、“加工后處理”等子模塊，實現(xiàn)車燈罩模具側(cè)花紋的CAD/CAM

     5 實例驗證
    應(yīng)用車燈罩模具側(cè)花紋關(guān)鍵技術(shù)和軟件系統(tǒng)，以某實際車燈罩零件為例，生成的側(cè)花紋線如圖5所示，帶刀心線的車燈罩型芯毛坯如圖6所示。

利用Cimatron軟件的加工模擬功能，生成的側(cè)花紋刀具加工路徑如圖7所示，加工模擬出來的側(cè)花紋效果如圖8所示。

    工件彎成90度。當(dāng)上限位柱9下行碰到壓料板7后，壓料板停止后退，氮氣彈簧受壓，活動凹模板6開始后退，當(dāng)凸模固定板23的斜面下行碰到斜楔25的斜面時，凸模固定板23開始側(cè)向向內(nèi)運動，成形如圖2(b)所示的形狀，直到模具完全閉合，成形完畢。

    6 難點分析
    (1)模具設(shè)計中，因動作及成形的需要，凸、凹模有多處活動機構(gòu)，包括上、下運動和側(cè)向運動。而這些動作成形的先后次序是靠各自的彈簧和斜楔機構(gòu)來實現(xiàn)，此時彈簧力的設(shè)計計算是一個難點。彈簧的彈力、行程、動作順序必須通過精確計算和合理匹配才能保證模具動作準(zhǔn)確無誤。
    (2)工件成形時分2個階段:首先，通過上、下運動保證彎曲成90度;然后通過側(cè)向運動成形其余形狀。針對以上2個階段來考慮采用何種方式達(dá)到目的。模具中下模用了5個氮氣彈簧，總預(yù)壓力為120kN如，遠(yuǎn)大于上模橡膠彈力和工件彎曲成卯，時的彎曲力，保證了成形的可靠性，用斜楔機構(gòu)實現(xiàn)工件的側(cè)向彎曲。
    (3)模具用了4個導(dǎo)柱將上模座10、壓料板7,活動凹模板6和下模座1連接在一起，以保證模具導(dǎo)向精度和運動平穩(wěn)性。

    7 模具主要零件的設(shè)計與制造
    (1)成形凸模與成形凹模分別由3塊拼塊鑲拼而成，以便加工和拆換，材質(zhì)為SKD11，成形凹模20淬火硬度52～55HRC，以提高韌性。成形凸模22淬火硬度60～62HRC以提高耐密性。
    (2)斜楔如圖5所示。斜楔材質(zhì)為Crl2MbV，淬火硬度60～62 HRC，由CNC加工而成。為防止斜鍥因受側(cè)向力而位移，將其固定在下模座的凹槽中，同時用擋塊28擋住。
    8 結(jié)束語
    模具設(shè)計考慮比較周全，結(jié)構(gòu)合理，動作可靠，經(jīng)精心加工和裝配，已交付使用，運行良好，可為類似的飯金成形工藝提供參考。