1 引言

　　在對汽車車燈進行實體造型的過程中，燈罩以及車燈的側面經常遇到如圖1 所示的側燈紋。對于這種側燈紋的加工，目前采用的方法是每一條側燈紋利用數控銑刀一次加工成型，如圖2 所示。由此可見，側燈紋造型并不需要建立完整的3D 模型，只需生成加工側燈紋過程中代表銑刀中心運動軌跡的空間曲線，然后根據生成的空間曲線進行數控編程。

　　因此側燈紋的加工分為2 個步驟：軌跡曲線的建模(即造型) 和數控加工程序的生成。由于每一條側燈紋的銑刀中心運動軌跡都單獨位于一個平面之內，目前的造型方法其實就是平面與曲面求相交曲線。軌跡曲線生成之后，設計合理的進刀和退刀路線，將曲線按一定要求離散成點集，選擇數控加工工藝參數，利用手工編程生成數控加工程序。

圖1 側燈紋

　　由此可見，側燈紋的加工完全是重復性的工作，加工效率比較低下，尤其是生成數控加工程序階段，若側燈紋數量和每條軌跡曲線的離散點都較多，則手工編程的工作量將十分驚人。

圖2 側燈紋切削示意圖

　　下面介紹基于UG二次開發環境，利用二次開發語言opengrip ，實現側燈紋的軌跡曲線建模和數控加工程序的自動生成。

2 側燈紋生成的基本原理

　　圖3 為側燈紋加工原理示意圖，圖中的圓代表數控銑刀，圓心代表銑刀中心的運動軌跡。由圖3可見，一般情況下，側燈紋剖面的形狀是個角度小于180°的圓弧，因此加工側燈紋的銑刀中心運動軌跡并不位于車燈曲面，而是位于車燈曲面的偏置面。每一條側燈紋的銑刀中心運動軌跡都單獨位于一個平面之內，因此側燈紋軌跡曲線的建模歸根到底就是一連串平面與車燈曲面的偏置面求相交曲線。

圖3 側燈紋加工原理示意圖

　　側燈紋的分布一般符合一定的規律，因此銑刀中心運動軌跡所在的平面也按照某個準則。絕大多數情況下，銑刀中心運動軌跡所在的所有平面都平行于脫模線，從而確保側燈紋不產生倒脫模現象。

3 側燈紋自動生成程序的開發過程

UG提供多種二次開發語言，open grip 就是其中之一。與其他的二次開發語言相比，open grip 具備簡單、方便、交互性能強等優點。

　　由于側燈紋的制造分為2 個階段，因此本程序也分為兩大部分：軌跡曲線的建模和數控加工程序的生成。在軌跡曲線建模完畢之后將產生一個對話框，供用戶選擇是否生成數控加工程序，若選擇生成數控加工程序則繼續，否則結束程序。

　　3. 1 軌跡曲線的建模

　　一般情況下，單個曲面與平面交線只產生1 條空間曲線，但有時產生曲線的數量不止1 條，例如環形曲線與平面相交，很有可能產生2 條曲線。

　　絕大多數情況下，車燈曲面的偏置面不是單個面，可能有幾個甚至幾十個曲面組合而成，因此平面與這些曲面相交的情況可能非常復雜。這些曲面中，有些曲面和平面沒有交線，有些和平面有交線，但交線的數量不能確定。因此，這一步驟的難點在于在所有相交曲線中尋找真正代表銑刀中心運動軌跡的交線。圖4 為軌跡曲線建模階段的程序流程圖。

圖4 軌跡曲線建模流程圖

　　3. 2 數控加工程序的生成

　　圖5 為側燈紋切削循環示意圖。側燈紋的加工過程不只包括數控銑刀在曲面的切削過程，它還包括切削之前的進刀過程，切削之后的退刀過程和返回過程。全部4 個過程位于同一個平面之內。

圖5 側燈紋切削循環示意圖

　　因此，加工每條側燈紋，數控銑刀的走刀路線應該是A →B →C →D →A。A 點代表每一循環的進刀點即銑刀的出發點，B 點代表開始切削曲面的起始點，C 點代表結束切削曲面的終止點，D 點代表每一循環的退刀點。執行完1 個循環，結束1 條側燈紋的加工，數控銑刀從這個循環的進刀點A 轉移到另1個循環的進刀點，開始另1 條側燈紋的加工。

　　切削循環的切削路線實際上就是軌跡曲線建模選擇車燈曲面偏置車燈曲面生成軌跡曲線程序開始選擇離散曲線，并過離散點作垂直于曲線的平面階段生成的相交曲線，切削起始點B 和切削終止點D 在軌跡曲線建模之后就確定下來。而進刀過程、退刀過程和返回過程由于數控銑刀處于空運行階段，所以這3 個過程銑刀的走刀路線都為直線，因此確定進刀點A 和退刀點D 成為每個加工循環的關鍵，得到A 點和D 點之后，進刀路線、退刀路線和返回路線就能確定。此外，加工過程中銑刀不能與車燈模具發生干涉，因此所有加工循環的進刀點和退刀點都必須位于車燈曲面的同一側。

　　解決的方法是在每一個循環過程中設立1 個臨時坐標系，所有臨時坐標系的某個坐標軸(如圖5所示的x 軸) 的正方向都位于曲面的一側。在每個臨時坐標系下讀取B 點的坐標值，然后對坐標軸正方向一致的坐標值加上或減去進刀距離(圖5 中應該選擇x 坐標值減去進刀距離) ，其他2 個坐標值不變，通過此3 個坐標值就能確定進刀點A。同理，由C 點得到D 點。最后取消臨時坐標系，返回工作坐標系，由工作坐標系確定生成數控加工程序時的A、B 、C、D 4 點以及相交曲線離散的點集的坐標值，最后由這些坐標值生成數控加工程序。生成的數控加工程序只需按加工工藝修改某些參數，如刀具轉速、進刀速度、冷卻液開關的控制等就能送入數控機床進行加工。圖6 為數控加工程序生成階段的程序流程圖。

圖6 數控加工程序生成流程圖

　　程序自動運行生成數控代碼之后，將在屏幕上顯示代表每個加工循環數控銑刀走刀路線的曲線和直線，用戶可通過這些曲線和直線來檢驗生成的數控代碼是否正確，數控銑刀與車燈模具是否會發生干涉。

4 應用實例

　　以下是一個汽車車燈側燈紋的軌跡曲線建模的應用實例。車燈曲面共有32 個，曲面的偏置距離為1mm，側燈紋數量50 條。

　　由試驗可得，手工對平面與車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 ; 若采用此程序實現所有軌跡曲線的建模則大約只需要30 s。圖7為此側燈紋數控加工刀路示意圖。圖7 中不僅顯示每條側燈紋加工時數控銑刀切削時的軌跡曲線，還包括每個加工循環過程中銑刀的進刀、退刀和返回路線。

圖7 側燈紋數控加工刀路示意圖

　　在數控加工程序生成階段，若每條軌跡曲線離散成10 點，再加上每個加工循環的進刀點和退刀點，因此每個切削循環共有12 個點，加工50 條側燈紋共需生成600 個點。采用手工進行逐點編程，則需要1 h 左右，且容易出錯，若采用此程序自動生成，大概只需要5 s。

　　由此可見，該程序對于側燈紋加工效率的提高非常顯著。

5 結束語

　　基于汽車車燈側燈紋加工的基本思路，利用UG/ opengrip 二次開發語言，實現了側燈紋的軌跡曲線建模和數控加工程序生成的自動化。實驗證明，該程序能極大地提高側燈紋的加工效率。

　　但該程序在多個方面還存在一定的局限性，主要有以下2 點:

　　(1) 對汽車車燈曲面造型技術的要求相對較高，曲面之間不允許出現較大的空隙。

　　(2) 在某些特殊情況下，有些加工循環臨時坐標系的控制容易出錯，導致銑刀進刀和退刀路線與車燈曲面的相對位置不一致，從而影響數控加工程序的生成。