CN101980221A - 精雕加工中花纹面的处理 - Google Patents
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Abstract
精雕加工中花纹面的处理，包括以下步骤：1)花纹线设计；2)花纹面设计；3)加工前处理；4)刀具路线生成；5)后置处理。本发明汽车灯罩花纹通过二维曲线投影到原有的灯罩曲面上生成三维曲线，在此基础上，对三维曲线进行光顺、拟合、修剪等处理，形成闭合完整的花纹边界，再对其进行拱高(即弧度)的设计，从而制出花纹线。通过对花纹线的控制，可以生成精雕加工所需的花纹面。这种花纹面，在进行高精度的精雕加工时，没有小的马赛克方格出现，加工面平整光顺，而且编程数据量也不是很大，方便编程运算。
Description
技术领域
本发明专利涉及模具精雕加工技术，尤其是精雕加工中花纹面的优化处理。
背景技术
汽车灯具上刻有各种不同形状和纹理的花纹，起着配光和装饰作用，汽车灯罩的模具设计和花纹的精雕加工工艺，是汽车灯罩模具设计制造过程中的一个重要环节。目前，国外已开发出专用的汽车灯罩模具及花纹CAD/CAM软件，如IUA等。随着我国汽车产业的迅速发展，基于汽车的安全性考虑，对汽车灯具配光性能提出了更高的要求，配光性能没有通过中国强制性产品认证标志的产品，不得出厂、销售、进口或在其他经营活动中使用，如何提高汽车灯具的配光性能，已成为汽车灯具制造企业的迫切需求。灯具上的花纹在配光中起到关键作用，对汽车灯罩花纹通过CAD/CAM系统设计、技术方案、软件实现进行了深入分析，确保汽车灯罩模具花纹面的连接光顺、过渡圆滑，满足国家强制性产品认证的配光性能要求，是许多模具加工企业面临的一个难题。
发明内容
根据汽车灯具花纹的特点，结合企业的软硬件现状，确定以CAD/CAM软件Cimatron it 12.6为开发平台，通过CIMATRON和JDpaint编程，实现汽车灯具模具花纹CAD/CAM，在反复调研和实例验证的基础上，提出了系统的功能模块组成，确定精雕加工中花纹面的处理。
本发明的技术方案是通过以下方式实现的：精雕加工中花纹面的处理，包括以下步骤：1)花纹线设计：2)花纹面设计；3)加工前处理；4)刀具路线生成；5)后置处理，其特征在于：
1)、花纹线设计：a、在汽车灯罩花纹设计中，花纹线属于平面曲线，花纹的走向在沿着脱模方向上是单调的，同一组的花纹线彼此相邻，根据曲线段的空间位置关系，确定第一条曲线段，再根据曲线段间的距离远近判断曲线段的顺序，并进行相应的偏置，据此编制相关程序，获得花纹截平面线；b花纹线的光顺与拟合：光顺是对原同一曲线，在投影后的三维曲线趋势上进行调整，使其没有断点，即进行切矢相连；拟合是对花纹线在U方向和V方向的首尾相接，花纹线在其截平面内，U向曲线和V向曲线是不能异面而是有交点的。
所述的切矢是在原先间隙过大的曲线间插入一段NURB曲线，使其满足：以被连接线的端点为控制点，其端点切矢量与被连接线的切矢量一致，端点曲率等于被连接端点的曲率，控制点的权重取w＝1，以抛弧线在连接处连接原曲线。
2)花纹面成型：用光顺、拟合后的花纹线生成花纹面，通过Cimatron中的MESH命令生成网格曲面来，然后再在USER中进行高级编辑和转化，获得贝塞尔曲面。
3)加工前处理：确定加工范围和加工工艺，以及根据加工的目的和要求来设定基本加工参数，为刀具路径的生成规定方向。
4)刀具路线生成：进刀、退刀、加工、空走刀的位置分别设定标志，并根据精雕加工原理及相应算法，获得精雕加工文件。
5)后置处理：精雕加工G代码通过刀位文件的后处理直接生成，根据不同机床选择不同的后处理文件，生成相应机床能直接读取的G代码程序，直接由机床读取并运行。
本发明，汽车灯罩花纹通过二维曲线投影到原有的灯罩曲面上生成三维曲线，在此基础上，对三维曲线进行光顺、拟合、修剪等处理，形成闭合完整的花纹边界，再对其进行拱高(即弧度)的设计，从而制出花纹线。通过对花纹线的控制，可以生成精雕加工所需的花纹面。这种花纹面，在进行高精度的精雕加工时，没有小的马赛克方格出现，加工面平整光顺，而且编程数据量也不是很大，方便编程运算。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
图2是灯罩花纹线的光顺与拟合示意图。
图3是灯罩花纹面的生成结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
由图1知，精雕加工中花纹面的处理，包括以下步骤：
汽车灯罩花纹通过二维曲线投影到原有的灯罩曲面上生成三维曲线，在此基础上，对三维曲线进行光顺、拟合、修剪等处理，形成闭合完整的花纹边界，再对其进行拱高(即弧度)的设计，从而制件出花纹线。
1.花纹线设计：
大多数情况下，花纹线都属于平面曲线，同一组的花纹线彼此相邻。根据这一特点，编制了相应程序，对所选的花纹线段进行自动分组。
为了将同组多段花纹线连接成光顺的曲线，需对多段花纹线进行排序。结合有关曲线排序算法，考虑到在汽车灯罩花纹设计中，花纹线是平面曲线，花纹的走向在沿着脱模方向上是单调的，因此采取如下排序算法：根据曲线段的空间位置关系，由用户提供的参考线确定第一条曲线段，然后再根据曲线段间的距离远近判断曲线段的顺序，并进行相应的偏置，据此编制了相关程序，获得花纹截平面线。
花纹线的光顺与拟合：由图2知，是灯罩花纹线的光顺与拟合示意图。为了对多段花纹线进行光顺和拟合，获得完整的花纹曲线，必须在确定多段花纹线空间顺序的基础上，判断相邻曲线之间的连续性，包括U向连续性和V向连续性。根据花纹线的特点，在其截平面内，依脱模方向进行投影。在被投影的面上获得两个方向的三维曲线，这时会有可能因被投影的面非同一曲面而不能连续，这是就要求进行花纹线的光顺与拟合。
光顺是指对原同一曲线，在投影后的三维曲线趋势上进行调整，因其在投影后可能会存在间隙，而光顺就是要使其没有断点，亦即进行切矢相连。一般可以作如下修补处理，在原先间隙过大的曲线间插入一段NURB曲线，并使其满足：以被连接线的端点为控制点，其端点切矢量与被连接线的切矢量一致，端点曲率等于被连接端点的曲率，控制点的权重取w＝1，以抛弧线在连接处连接原曲线。这样，就可以实现两条曲线之间的光顺连接。对于明显有尖角的曲线不连续情况，可将尖角处的曲线裁剪一部分，然后用圆弧曲线将裁剪过的曲线光顺连接起来。
拟合是指对花纹线在U方向和V方向的首尾相接，因为根据花纹线做花纹的面的时候，是要求首尾相接的，否则花纹的面就会翘曲而失去控制。也就是说对于花纹线在其截平面内，U向曲线和V向曲线是不能异面而应该是有交点的。
根据花纹线的特点，在其截平面内，脱模方向所在的直线与花纹线的交点只可能有一个，即花纹线沿着脱模方向是单调的，利用这一点，可判断曲线的C0连续性。在Cimatron软件中，可以利用VER/DIS计算两条曲线之间的距离，通过判断距离的大小来判断两条曲线是不是C0连续的。
经过上述光顺和拟合处理，原来分段零碎的花纹线就连接成光滑连续的合格花纹线。
2.花纹面的成型：
由图3知，是灯罩花纹面的生成结构示意图。用光顺、拟合后的花纹线生成花纹面，通常的做法是用网格曲面命令，但是，对于高精加工来说，网格曲面在精度特别高的时候就会出现一种马赛克现象。一般说来，这种网格曲面在UV方向上都会较均匀的分布，在加工精度不是很高的情况下，其实是一个模拟的近似曲面，但在高精度加工的时候，就会出现若干个小方格。如果花纹面在UV方向上增加控制线，则这种马赛克方格就会多而小。当控制线增加到足够多的时候，这时方格可以更加的近似成一张光顺的曲面，但这样就会增加花纹的数据量，对于文件的存储和运算非常困难。
这种情况下一般选择贝塞尔曲面就会变得简单，Cimatron软件中的BLEND命令就可以实现这种功能，可是生成花纹面的时间较长。通常是通过Cimatron中的MESH命令生成网格曲面来，然后再在USER中进行高级编辑和转化，就可以获得完美的贝塞尔曲面，这种花纹面，在进行高精度的精雕加工时，没有小的马赛克方格出现，加工面平整光顺，而且编程数据量也不是很大，方便编程运算。
3、加工前处理：确定加工范围和加工工艺，以及根据加工的目的和要求来设定基本加工参数，为刀具路径的生成规定方向。
4、刀具路线生成：进刀、退刀、加工、空走刀的位置分别设定标志，并根据精雕加工原理及相应算法，获得精雕加工文件。
5、后置处理：精雕加工G代码通过刀位文件的后处理直接生成。根据不同机床选择不同的后处理文件，生成相应机床能直接读取的G代码程序，直接由机床读取并运行。
Claims (2)
1.精雕加工中花纹面的处理，包括以下步骤：1)花纹线设计：2)花纹面设计；3)加工前处理；4)刀具路线生成；5)后置处理，其特征在于：
1)、花纹线设计：a、在汽车灯罩花纹设计中，花纹线属于平面曲线，花纹的走向在沿着脱模方向上是单调的，同一组的花纹线彼此相邻，根据曲线段的空间位置关系，确定第一条曲线段，再根据曲线段间的距离远近判断曲线段的顺序，并进行相应的偏置，据此编制相关程序，获得花纹截平面线；b花纹线的光顺与拟合：光顺是对原同一曲线，在投影后的三维曲线趋势上进行调整，使其没有断点，即进行切矢相连；拟合是对花纹线在U方向和V方向的首尾相接，花纹线在其截平面内，U向曲线和V向曲线是不能异面而是有交点的；
2)花纹面成型：用光顺、拟合后的花纹线生成花纹面，通过Cimatron中的MESH命令生成网格曲面来，然后再在USER中进行高级编辑和转化，获得贝塞尔曲面；
3)加工前处理：确定加工范围和加工工艺，设定基本加工参数，为刀具路径的生成规定方向；
4)刀具路线生成：进刀、退刀、加工、空走刀的位置分别设定标志，并根据精雕加工原理及相应算法，获得精雕加工文件；
5)后置处理：精雕加工G代码通过刀位文件的后处理直接生成，根据不同机床选择不同的后处理文件，生成相应机床能直接读取的G代码程序，直接由机床读取并运行。
2.根据权利要求1所述的精雕加工中花纹面的处理，其特征在于：所述的步骤1)中切矢是在原先间隙过大的曲线间插入一段NURB曲线，使其满足：以被连接线的端点为控制点，其端点切矢量与被连接线的切矢量一致，端点曲率等于被连接端点的曲率，控制点的权重取w＝1，以抛弧线在连接处连接原曲线。
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