1 引言
DTX/3EN d/ 'A\"o+ 在對(duì)汽車(chē)車(chē)燈進(jìn)行實(shí)體造型的過(guò)程中，燈罩以及車(chē)燈的側(cè)面經(jīng)常遇到如圖1 所示的側(cè)燈紋。對(duì)于這種側(cè)燈紋的加工，目前采用的方法是每一條側(cè)燈紋利用數(shù)控銑刀一次加工成型，如圖2 所示。由此可見(jiàn)，側(cè)燈紋造型并不需要建立完整的3D 模型，只需生成加工側(cè)燈紋過(guò)程中代表銑刀中心運(yùn)動(dòng)軌跡的空間曲線，然后根據(jù)生成的空間曲線進(jìn)行數(shù)控編程。
ae9k[=- -s?dzX 因此側(cè)燈紋的加工分為2 個(gè)步驟：軌跡曲線的建模(即造型) 和數(shù)控加工程序的生成。由于每一條側(cè)燈紋的銑刀中心運(yùn)動(dòng)軌跡都單獨(dú)位于一個(gè)平面之內(nèi)，目前的造型方法其實(shí)就是平面與曲面求相交曲線。軌跡曲線生成之后，設(shè)計(jì)合理的進(jìn)刀和退刀路線，將曲線按一定要求離散成點(diǎn)集，選擇數(shù)控加工工藝參數(shù)，利用手工編程生成數(shù)控加工程序。
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圖1 側(cè)燈紋
由此可見(jiàn)，側(cè)燈紋的加工完全是重復(fù)性的工作，加工效率比較低下，尤其是生成數(shù)控加工程序階段，若側(cè)燈紋數(shù)量和每條軌跡曲線的離散點(diǎn)都較多，則手工編程的工作量將十分驚人。
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圖2 側(cè)燈紋切削示意圖
下面介紹基于UG二次開(kāi)發(fā)環(huán)境，利用二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言opengrip ，實(shí)現(xiàn)側(cè)燈紋的軌跡曲線建模和數(shù)控加工程序的自動(dòng)生成。
>oM9~7f wiK@o$S- 2 側(cè)燈紋生成的基本原理
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6S 7?n* t 圖3 為側(cè)燈紋加工原理示意圖，圖中的圓代表數(shù)控銑刀，圓心代表銑刀中心的運(yùn)動(dòng)軌跡。由圖3可見(jiàn)，一般情況下，側(cè)燈紋剖面的形狀是個(gè)角度小于180°的圓弧，因此加工側(cè)燈紋的銑刀中心運(yùn)動(dòng)軌跡并不位于車(chē)燈曲面，而是位于車(chē)燈曲面的偏置面。每一條側(cè)燈紋的銑刀中心運(yùn)動(dòng)軌跡都單獨(dú)位于一個(gè)平面之內(nèi)，因此側(cè)燈紋軌跡曲線的建模歸根到底就是一連串平面與車(chē)燈曲面的偏置面求相交曲線。
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圖3 側(cè)燈紋加工原理示意圖
側(cè)燈紋的分布一般符合一定的規(guī)律，因此銑刀中心運(yùn)動(dòng)軌跡所在的平面也按照某個(gè)準(zhǔn)則。絕大多數(shù)情況下，銑刀中心運(yùn)動(dòng)軌跡所在的所有平面都平行于脫模線，從而確保側(cè)燈紋不產(chǎn)生倒脫�，F(xiàn)象。
Lz#$ _Am'H {2'74 3 側(cè)燈紋自動(dòng)生成程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程
s +y'<88 ^C ,/T2> UG提供多種二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，open grip 就是其中之一。與其他的二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言相比，open grip 具備簡(jiǎn)單、方便、交互性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
iOX4Kl {WM& 由于側(cè)燈紋的制造分為2 個(gè)階段，因此本程序也分為兩大部分：軌跡曲線的建模和數(shù)控加工程序的生成。在軌跡曲線建模完畢之后將產(chǎn)生一個(gè)對(duì)話框，供用戶選擇是否生成數(shù)控加工程序，若選擇生成數(shù)控加工程序則繼續(xù)，否則結(jié)束程序。
eMpEFY *pS7/ Qe 3. 1 軌跡曲線的建模
rw=UK` -N-4l 一般情況下，單個(gè)曲面與平面交線只產(chǎn)生1 條空間曲線，但有時(shí)產(chǎn)生曲線的數(shù)量不止1 條，例如環(huán)形曲線與平面相交，很有可能產(chǎn)生2 條曲線。
8JjU 9# M2zos(8g 絕大多數(shù)情況下，車(chē)燈曲面的偏置面不是單個(gè)面，可能有幾個(gè)甚至幾十個(gè)曲面組合而成，因此平面與這些曲面相交的情況可能非常復(fù)雜。這些曲面中，有些曲面和平面沒(méi)有交線，有些和平面有交線，但交線的數(shù)量不能確定。因此，這一步驟的難點(diǎn)在于在所有相交曲線中尋找真正代表銑刀中心運(yùn)動(dòng)軌跡的交線。圖4 為軌跡曲線建模階段的程序流程圖。
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圖4 軌跡曲線建模流程圖
3. 2 數(shù)控加工程序的生成
web8QzLLB 5tg ILxSK 圖5 為側(cè)燈紋切削循環(huán)示意圖。側(cè)燈紋的加工過(guò)程不只包括數(shù)控銑刀在曲面的切削過(guò)程，它還包括切削之前的進(jìn)刀過(guò)程，切削之后的退刀過(guò)程和返回過(guò)程。全部4 個(gè)過(guò)程位于同一個(gè)平面之內(nèi)。
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圖5 側(cè)燈紋切削循環(huán)示意圖
因此，加工每條側(cè)燈紋，數(shù)控銑刀的走刀路線應(yīng)該是A →B →C →D →A。A 點(diǎn)代表每一循環(huán)的進(jìn)刀點(diǎn)即銑刀的出發(fā)點(diǎn)，B 點(diǎn)代表開(kāi)始切削曲面的起始點(diǎn)，C 點(diǎn)代表結(jié)束切削曲面的終止點(diǎn)，D 點(diǎn)代表每一循環(huán)的退刀點(diǎn)。執(zhí)行完1 個(gè)循環(huán)，結(jié)束1 條側(cè)燈紋的加工，數(shù)控銑刀從這個(gè)循環(huán)的進(jìn)刀點(diǎn)A 轉(zhuǎn)移到另1個(gè)循環(huán)的進(jìn)刀點(diǎn)，開(kāi)始另1 條側(cè)燈紋的加工。
@ ^XkU(m }] n>A 切削循環(huán)的切削路線實(shí)際上就是軌跡曲線建模選擇車(chē)燈曲面偏置車(chē)燈曲面生成軌跡曲線程序開(kāi)始選擇離散曲線，并過(guò)離散點(diǎn)作垂直于曲線的平面階段生成的相交曲線，切削起始點(diǎn)B 和切削終止點(diǎn)D 在軌跡曲線建模之后就確定下來(lái)。而進(jìn)刀過(guò)程、退刀過(guò)程和返回過(guò)程由于數(shù)控銑刀處于空運(yùn)行階段，所以這3 個(gè)過(guò)程銑刀的走刀路線都為直線，因此確定進(jìn)刀點(diǎn)A 和退刀點(diǎn)D 成為每個(gè)加工循環(huán)的關(guān)鍵，得到A 點(diǎn)和D 點(diǎn)之后，進(jìn)刀路線、退刀路線和返回路線就能確定。此外，加工過(guò)程中銑刀不能與車(chē)燈模具發(fā)生干涉，因此所有加工循環(huán)的進(jìn)刀點(diǎn)和退刀點(diǎn)都必須位于車(chē)燈曲面的同一側(cè)。
V{AH\IV- AK*mcTr 解決的方法是在每一個(gè)循環(huán)過(guò)程中設(shè)立1 個(gè)臨時(shí)坐標(biāo)系，所有臨時(shí)坐標(biāo)系的某個(gè)坐標(biāo)軸(如圖5所示的x 軸) 的正方向都位于曲面的一側(cè)。在每個(gè)臨時(shí)坐標(biāo)系下讀取B 點(diǎn)的坐標(biāo)值，然后對(duì)坐標(biāo)軸正方向一致的坐標(biāo)值加上或減去進(jìn)刀距離(圖5 中應(yīng)該選擇x 坐標(biāo)值減去進(jìn)刀距離) ，其他2 個(gè)坐標(biāo)值不變，通過(guò)此3 個(gè)坐標(biāo)值就能確定進(jìn)刀點(diǎn)A。同理，由C 點(diǎn)得到D 點(diǎn)。最后取消臨時(shí)坐標(biāo)系，返回工作坐標(biāo)系，由工作坐標(biāo)系確定生成數(shù)控加工程序時(shí)的A、B 、C、D 4 點(diǎn)以及相交曲線離散的點(diǎn)集的坐標(biāo)值，最后由這些坐標(biāo)值生成數(shù)控加工程序。生成的數(shù)控加工程序只需按加工工藝修改某些參數(shù)，如刀具轉(zhuǎn)速、進(jìn)刀速度、冷卻液開(kāi)關(guān)的控制等就能送入數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。圖6 為數(shù)控加工程序生成階段的程序流程圖。
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圖6 數(shù)控加工程序生成流程圖
程序自動(dòng)運(yùn)行生成數(shù)控代碼之后，將在屏幕上顯示代表每個(gè)加工循環(huán)數(shù)控銑刀走刀路線的曲線和直線，用戶可通過(guò)這些曲線和直線來(lái)檢驗(yàn)生成的數(shù)控代碼是否正確，數(shù)控銑刀與車(chē)燈模具是否會(huì)發(fā)生干涉。
@kCD. =Nv= Q mO 4 應(yīng)用實(shí)例
>H=Q$gI " t%1@b*u 以下是一個(gè)汽車(chē)車(chē)燈側(cè)燈紋的軌跡曲線建模的應(yīng)用實(shí)例。車(chē)燈曲面共有32 個(gè)，曲面的偏置距離為1mm，側(cè)燈紋數(shù)量50 條。
ZB_16&2Ow d <|lL NS 由試驗(yàn)可得，手工對(duì)平面與車(chē)燈曲面的偏置面求軌跡曲線，則每生成一條軌跡曲線大約需30 s ，因此生成50 條軌跡曲線大約需要25 min ; 若采用此程序?qū)崿F(xiàn)所有軌跡曲線的建模則大約只需要30 s。圖7為此側(cè)燈紋數(shù)控加工刀路示意圖。圖7 中不僅顯示每條側(cè)燈紋加工時(shí)數(shù)控銑刀切削時(shí)的軌跡曲線，還包括每個(gè)加工循環(huán)過(guò)程中銑刀的進(jìn)刀、退刀和返回路線。
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圖7 側(cè)燈紋數(shù)控加工刀路示意圖
在數(shù)控加工程序生成階段，若每條軌跡曲線離散成10 點(diǎn)，再加上每個(gè)加工循環(huán)的進(jìn)刀點(diǎn)和退刀點(diǎn)，因此每個(gè)切削循環(huán)共有12 個(gè)點(diǎn)，加工50 條側(cè)燈紋共需生成600 個(gè)點(diǎn)。采用手工進(jìn)行逐點(diǎn)編程，則需要1 h 左右，且容易出錯(cuò)，若采用此程序自動(dòng)生成，大概只需要5 s。
nY"rqILX? 6ljRV) 由此可見(jiàn)，該程序?qū)τ趥?cè)燈紋加工效率的提高非常顯著。
:>er^\ p0y0T|H^ 5 結(jié)束語(yǔ)
$@:>7Y" KHc/x8^9 基于汽車(chē)車(chē)燈側(cè)燈紋加工的基本思路，利用UG/ opengrip 二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)了側(cè)燈紋的軌跡曲線建模和數(shù)控加工程序生成的自動(dòng)化。實(shí)驗(yàn)證明，該程序能極大地提高側(cè)燈紋的加工效率。
#BT6bH08X J?n)FgxS 但該程序在多個(gè)方面還存在一定的局限性，主要有以下2 點(diǎn):(1) 對(duì)汽車(chē)車(chē)燈曲面造型技術(shù)的要求相對(duì)較高，曲面之間不允許出現(xiàn)較大的空隙。
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