利用专用数控机床加工汽车油泥模型

摘要:汽车造型人员利用计算机辅助造型技术(CAS)和逆向工程技术(RE)生成三维数学模型,数控加工人员根据数学模型,加工出相应的油泥模型用于评价与修改。本文通过利用美国TPI公司的TARUS-PCMM数控铣床对汽车油泥模型的具体加工操作,将有关技术加以总结,对产品的数学模型,刀具的选择,加工轨迹的生成等方面进行讨论。

1前言

在现代汽车开发过程中,造型设计人员可以利用计算机辅助造型软件生成三维数学模型,或者利用已有实物通过数据扫描,由逆向工程技术生成数学模型加以改造。虽然现在计算机技术可以仿真显示造型效果,但实际过程中往往要通过真实的物理模型加以验证和修改。在这一过程中利用先进的数控加工技术代替传统的手工操作,可以实现准确高效的产品开发过程。

作者所使用的美国TPI公司的TARUS-PCMM数控铣床,具有数控加工和三坐标测量功能。

2数控加工对产品三维数学模型的要求

三维表面数学模型是铣削加工油泥模型的基础,汽车外表面是由复杂的三维自由曲面组成,且大多为修剪曲面,因此对产品的三维数学模型的要求较高。通过利用计算机辅助造型和逆向工程软件生成的汽车外表面数学模型,一般应满足以下基本要求:

(1)要合理利用测量所得到的表面数据,在误差范围内,应该力求反映造型人员的思想。

(2)模型表面要确定的边界,同一曲面曲率变化要均匀,相邻曲面的曲率变化要平缓。

(3)对整个汽车车身外表面要合理分块,曲面间有唯一的公共边界,曲面的剪裁合理。

(4)过渡面的调配自然,使整个模型符合光顺要求。

3刀具轨迹的生成

加工油泥模型,生成高质量的数控加工刀具轨迹是关键的步骤之一。设置合理的铣削加工参数,确定适宜的加工方式,是生成数控加工文件的前提。

在刀具轨迹生成过程中,我们使用过两种计算机辅助加工(CAM)软件,分别为美国CV公司CADDS5软件CAM模块和TPI公司CAM模块。其中前者CAM模块功能较强,能生成两轴到五轴的加工程序,但参数设置较为复杂,对三维表面数学模型要求严格,且在机床的数据转换过程中存在缺陷。后者为TPI公司的可移动式油泥铣削机床(PCMM)自带的CAM模块,可生成三轴和五轴两种刀具加工程序,且生成的刀具轨迹经检查无误后可直接用于加工。在具体加工过程中,经过实际操作比较后,最后采用了TPI公司CAM模块来生成刀具轨迹。在生成刀具轨迹过程中主要考虑以下几个方面的问题。

(1)表面的检查

为保证得到无异常刀位点的铣削加工轨迹,需要检查汽车外表面的曲面片的边界是否唯一,曲面间的接合间隙是否小于加工容差,曲面的方向(法向)是否一致等问题。

(2)走刀方式的选择

由于汽车外表面为自由曲面,相邻曲面间为过渡面连接,且大多数曲面都为修剪面,所以不适合采用等参数法生成刀具轨迹,而采用多曲面等间距连续加工的方法。

(3)刀具的选择

利用数控机床加工自由曲面选用球头铣刀。在加工过程中采用了直径分别为20mm、10mm、3mm三种尺寸的球刀。在粗加工和基体加工中为达到快速去除多余材料的目的,采用了较大直径的球刀；而在精加工中要根据自由表面的曲率半径来选择刀具,具体原则为球刀半径要小于或等于所加工曲面的最小曲率半径,只有这样,加工出来的模型才能真实反映数学模型形状。另外为使加工面光滑均匀,对吃刀深度和走刀速度也要合理确定。

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