汽車造型人員利用計算機輔助造型技術(shù)（CAS）和逆向工程技術(shù)（RE）生成三維數(shù)學模型，數(shù)控加工人員根據(jù)數(shù)學模型，加工出相應(yīng)的油泥模型用于評價與修改。本文通過利用美國TPI 公司的TARUS-PCMM 數(shù)控銑床對汽車油泥模型的具體加工操作，將有關(guān)技術(shù)加以總結(jié)，對產(chǎn)品的數(shù)學模型，刀具的選擇，加工軌跡的生成等方面進行討論。
    關(guān)鍵詞：曲面數(shù)學模型 油泥模型 數(shù)控加工
1 前言 
    在現(xiàn)代汽車開發(fā)過程中，造型設(shè)計人員可以利用計算機輔助造型軟件生成三維數(shù)學模型，或者利用已有實物通過數(shù)據(jù)掃描，由逆向工程技術(shù)生成數(shù)學模型加以改造。雖然現(xiàn)在計算機技術(shù)可以仿真顯示造型效果，但實際過程中往往要通過真實的物理模型加以驗證和修改。在這一過程中利用先進的數(shù)控加工技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工操作，可以實現(xiàn)準確高效的產(chǎn)品開發(fā)過程。 
    作者所使用的美國TPI 公司的TARUS-PCMM 數(shù)控銑床，具有數(shù)控加工和三坐標測量功能。
2 數(shù)控加工對產(chǎn)品三維數(shù)學模型的要求 
    三維表面數(shù)學模型是銑削加工油泥模型的基礎(chǔ)，汽車外表面是由復(fù)雜的三維自由曲面組成，且大多為修剪曲面，因此對產(chǎn)品的三維數(shù)學模型的要求較高。通過利用計算機輔助造型和逆向工程軟件生成的汽車外表面數(shù)學模型，一般應(yīng)滿足以下基本要求： 
    (1) 要合理利用測量所得到的表面數(shù)據(jù)，在誤差范圍內(nèi)，應(yīng)該力求反映造型人員的思想。 
    (2) 模型表面要確定的邊界，同一曲面曲率變化要均勻，相鄰曲面的曲率變化要平緩。 
    (3) 對整個汽車車身外表面要合理分塊，曲面間有唯一的公共邊界，曲面的剪裁合理。 
    (4) 過渡面的調(diào)配自然，使整個模型符合光順要求。
3 刀具軌跡的生成 
    加工油泥模型，生成高質(zhì)量的數(shù)控加工刀具軌跡是關(guān)鍵的步驟之一。設(shè)置合理的銑削加工參數(shù)，確定適宜的加工方式，是生成數(shù)控加工文件的前提。 
    在刀具軌跡生成過程中，我們使用過兩種計算機輔助加工（CAM）軟件，分別為美國CV 公司CADDS5軟件CAM 模塊和TPI 公司CAM 模塊。其中前者CAM 模塊功能較強，能生成兩軸到五軸的加工程序，但參數(shù)設(shè)置較為復(fù)雜，對三維表面數(shù)學模型要求嚴格，且在機床的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中存在缺陷。后者為TPI 公司的可移動式油泥銑削機床（PCMM）自帶的CAM 模塊，可生成三軸和五軸兩種刀具加工程序，且生成的刀具軌跡經(jīng)檢查無誤后可直接用于加工。在具體加工過程中，經(jīng)過實際操作比較后，最后采用了TPI 公司CAM 模塊來生成刀具軌跡。在生成刀具軌跡過程中主要考慮以下幾個方面的問題。 
    (1) 表面的檢查 
    為保證得到無異常刀位點的銑削加工軌跡，需要檢查汽車外表面的曲面片的邊界是否唯一，曲面間的接合間隙是否小于加工容差，曲面的方向（法向）是否一致等問題。 
    (2) 走刀方式的選擇 
    由于汽車外表面為自由曲面，相鄰曲面間為過渡面連接，且大多數(shù)曲面都為修剪面，所以不適合采用等參數(shù)法生成刀具軌跡，而采用多曲面等間距連續(xù)加工的方法。 
    (3) 刀具的選擇 
    利用數(shù)控機床加工自由曲面選用球頭銑刀。在加工過程中采用了直徑分別為20mm、10mm、3mm 三種尺寸的球刀。在粗加工和基體加工中為達到快速去除多余材料的目的，采用了較大直徑的球刀；而在精加工中要根據(jù)自由表面的曲率半徑來選擇刀具，具體原則為球刀半徑要小于或等于所加工曲面的最小曲率半徑，只有這樣，加工出來的模型才能真實反映數(shù)學模型形狀。另外為使加工面光滑均勻，對吃刀深度和走刀速度也要合理確定。
4 汽車外表面油泥模型的具體加工過程 
    在油泥模型的具體加工過程中，根據(jù)油泥的特點，把整個過程分為基體加工、粗加工、精加工三個階段。
4.1 油泥模型的基體加工 
    油泥模型的基體加工是指加工粘貼在木制骨架上的泡沫材料。木制框架的外廓尺寸比外表面的數(shù)學模型小100mm 左右，在框架上粘貼泡沫塑料，要求用泡沫把木制骨架的外表全部充滿，泡沫與泡沫間及泡沫與木頭間都要粘貼牢靠。為保證粘貼效果，在粘貼完后停放24 小時后才進行加工。由于泡沫本身的形狀，粘貼的厚度不可能均勻，可用手鋸對其表面進行適當修整，把明顯多出部分去掉。 
    基體加工軌跡分兩步進行。第一步設(shè)置加工余量為0mm，第二步設(shè)置加工余量為負30mm。這兩步為去除多余泡沫，并為糊油泥留出地方。 
    有了以上準備后，即可準備進行加工。把骨架用螺栓固定加工支架上，模型盡量擺放水平，其中心線同機床X 軸基本保持平行，定義加工坐標系，設(shè)定刀長，設(shè)置基準點，利用機床自身的相關(guān)功能生成刀具軌跡進行銑削。
4.2 油泥模型的粗加工 
    基體加工完后，就可以準備粗加工。這過程包括糊油泥，生成刀具軌跡、具體加工三大部分。在糊油泥前要把基體上的泡沫碎屑打掃干凈，以免影響油泥的粘貼；然后用長度為60mm 左右的長鐵釘扎在泡沫基體表面做厚度參照，使鐵釘頂端距泡沫表面為35mm 左右。接下來在泡沫基體上糊油泥，要注意油泥厚度基本同鐵釘頂端持平，涂抹力求均勻，但不要覆蓋鐵釘，糊完后取出所有鐵釘，并修補鐵釘孔。 
    生成加工余量為5mm 的刀具軌跡。生成刀具軌跡和糊油泥準備完后，就可以進行加工。加工所用坐標系和基準點同基體加工時一致，但更換新的刀具后要重新定義刀長。
4.3 油泥模型的精加工 
    精加工為達到尺寸精確，必須仔細確定有關(guān)加工參數(shù)。根據(jù)外表面數(shù)學模型的曲率半徑確定所用刀具大小，在模型加工時根據(jù)具體情況采用了Ф10mm 和Ф3mm 兩種尺寸的刀具。加工完畢后，造型人員對表面效果較為滿意。
5 數(shù)據(jù)的傳遞 
    由于在工作過程中采用IMAGEWARE 軟件生成外表面數(shù)學模型，利用TPI 公司的PCMM 機床生成加工軌跡，因此兩者之間存在著數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與傳遞問題。利用IGES 數(shù)據(jù)交換格式，順利地實現(xiàn)數(shù)據(jù)在IMAGEWARE 軟件和PCMM 機床間的傳遞。
6 結(jié)論 
    利用國內(nèi)某廠家提供的汽車外表面數(shù)學模型，具體加工出比例為1﹕1 前保險杠和1﹕5 整車油泥模型，效果良好。并通過其它一些項目具體加工操作，初步總結(jié)出了利用數(shù)控機床加工油泥模型的基本方法和步驟。但在以下幾個方面還須進一步工作和探討：一是油泥的選擇，在加工中發(fā)現(xiàn)有些油泥不適用銑削加工；二是加工參數(shù)的選擇要使加工出的表面盡量光整；另外油泥粘貼到泡沫上的方法也有待進一步研究。