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花紋，起著配光和裝飾作用。車燈罩側花紋的加工工藝與模具設計是車燈罩設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。隨著汽車產業(yè)的迅速發(fā)展，研究和開發(fā)自有的相應軟件，改變長期依賴進口的局面，已成為企業(yè)的迫切需求.對車燈罩側花紋CAD/CAM系統(tǒng)設計、技術方案、軟件實現(xiàn)進行了深入分析、技術實現(xiàn)、實例驗證，并在相關企業(yè)得到應用.

    2 車燈罩模具側花紋CAD/CAM系統(tǒng)設計
    根據(jù)車燈罩模具側花紋的特點，結合企業(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)車燈罩模具側花紋CAD/CAM.在反復調研的基礎上，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關鍵技術
    車燈罩模具側花紋通過截交法或投影法逐段生成.在此基礎上，還需對多組零碎的側花紋進行必要的分組和排序，然后進行光順和擬合，才能獲得合格的車燈罩模具側花紋。
    3.1側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，編制了相應程序，對所選的花紋線段進行自動分組。
    為了將同組多段花紋線連接成光順的曲線，需對多段花紋線進行排序。結合有關曲線排序算法,考慮到在車燈罩側花紋設計中，花紋線是平面曲線，花紋的走向在沿著脫模方向上是單調的，因此采取如下排序算法:根據(jù)曲線段的空間位置關系，由用戶提供的參考線確定第一條曲線段，然后再根據(jù)曲線段間的距離遠近判斷曲線段的順序，據(jù)此編制了相關程序。
    3.2花紋線的光順與擬合
    為了對多段側花紋線進行光順和擬合，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，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，并對曲線的方向進行調整。
    (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)設計與加工要求，用一段光順的曲線進行擬合。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。再應用相關算法，獲得刀位點和無干涉刀具路徑，則可進一步生成車燈罩模具側花紋的CAM加工文件。
    3. 3  NC文件與G代碼獲取
    對于需要進刀、退刀、加工、空走刀的部分分別設定標志，并根據(jù)數(shù)控加工原理及相應算法，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換直接生成，也可以通過加工坐標系轉換后的刀位數(shù)據(jù)以及加工參數(shù)直接得到。
    4 車燈罩模具側花紋CAD/CAM系統(tǒng)實現(xiàn)
    CATIA VS Aurarratian提供2種二次開發(fā)、調用CATIA VS應用程序的方法:Out-Process和In-Process。根據(jù)企業(yè)需求和技術特點，選擇Out-Process模式進行車燈罩模具側花紋CAD/ CAM系統(tǒng)的二次開發(fā)，通過系統(tǒng)的外部調用，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、刀具路徑生成等關鍵算法，開發(fā)了基于CATIA V5的車燈罩模具側花紋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、桌面圖標等方式運行。運行后，系統(tǒng)主界面會自動調用CAT1A V5，并可通過CA71A V5打開原始的車燈罩模具CAD文件和側花紋數(shù)據(jù)文件(見圖4)。在此基礎上，結合CAIIA V5自帶CAD/CAM功能，并通過主界面調用“花紋線生成”、“花紋線擬合”、“延伸/縮進”、“花紋刀心線”、“加工后處理”等子模塊，實現(xiàn)車燈罩模具側花紋的CAD/CAM

     5 實例驗證
    應用車燈罩模具側花紋關鍵技術和軟件系統(tǒng)，以某實際車燈罩零件為例，生成的側花紋線如圖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，生成的側花紋刀具加工路徑如圖7所示，加工模擬出來的側花紋效果如圖8所示。

    工件彎成90度。當上限位柱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開始側向向內運動，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)模具設計中，因動作及成形的需要，凸、凹模有多處活動機構，包括上、下運動和側向運動。而這些動作成形的先后次序是靠各自的彈簧和斜楔機構來實現(xiàn)，此時彈簧力的設計計算是一個難點。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到目的。模具中下模用了5個氮氣彈簧，總預壓力為120kN如，遠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，用斜楔機構實現(xiàn)工件的側向彎曲。
    (3)模具用了4個導柱將上模座10、壓料板7,活動凹模板6和下模座1連接在一起，以保證模具導向精度和運動平穩(wěn)性。

    7 模具主要零件的設計與制造
    (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。斜楔材質為Crl2MbV，淬火硬度60～62 HRC，由CNC加工而成。為防止斜鍥因受側向力而位移，將其固定在下模座的凹槽中，同時用擋塊28擋住。
    8 結束語
    模具設計考慮比較周全，結構合理，動作可靠，經精心加工和裝配，已交付使用，運行良好，可為類似的飯金成形工藝提供參考。