引言
随着汽车工业的飞速发展，对汽车车灯照明性能的要求也越来越高，其中既有由自由曲面组成的配光反射器壳体，它具有车灯高度低、光能利用率高及空气动力性能 好等优点，又有结构更趋完善的衬框，更有线条流畅美观大方的面罩，以上每一项的设计和制造，最终决定了该种车型车灯的完美如否。而这一切都可以直接利用 CATIA V5软件进行三维造型及建模，设计相关模具及产生相应的数控加工中心的加工指令，为汽车车灯外形设计及制造模块化和规范化奠定基础。作为一个同行业中处于 领先地位的软件， CATIA V5具有为数众多且功能强大的7大类模块:机械设计、曲面造型、产品分析、设备及系统工程、车间设计、数控加工以及产品综合等， 曲面造型是其最为强大的功能，在业界具有领先地位。作为典型的注塑模产品，汽车车灯模具设计充分利用了该软件的以上各项特点，已经成为国内外模具CAD /CAE /CAM一项非常成熟的共性技术。
1 曲面及自由曲面造型的数学基础
三维实体的表示方法有线架构，曲面模型及实体模型，其主要的数学表示方法是贝塞尔曲线和B样条曲线。CATIA软件中，曲面模型与自由曲面造型两个模块扮 演相当重要的角色，在高档汽车灯具配光反射器曲面设计及模具制造中，能发挥精度要求高、目标零件形状复杂的优势，使曲面加工效率大大提高。
1. 1 贝塞尔曲面的定义方程式为
1. 2 B样条曲面的表示式为
1. 3 非均匀有理B样条曲面
0≤u≤1， i = 0， 1， ...n - 3， j = 0， 1， ...m - 3
2 CATIA软件的曲面设计和三维造型及汽车前大灯模具设计
利用CATIA的曲面模块可以方便地建立复杂的曲面模型，进行三维造型，使所设计的产品不仅满足功能上的要求，更将新颖的外观效果与良好的人体工程学完美 地融入产品的设计当中，何况汽车前大灯不仅有以上基本要求，而且是夜间行车照明不可缺少的关键，其性能的好坏，照明的效果都与其配光反射器壳体曲面的精 度、形状和加工效果密切相关。因此，设计好前大灯配光反射器壳体曲面形状、衬框及面罩，是其关键一步，然后在此基础上设计相关的生产模具，生成NC程序， 最后加工制造出模具产品。
首先，车灯作为典型塑料模具，分型面、基准面和浇口位置、模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度 和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同质性、外观质量，表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。其次， 合理的型腔设计、脱模顶出系统及简单适用、稳定可靠的模具结构能提高塑料制品的生产效率，缩短生产周期，降低生产成本。
CATIA曲面设计的一般过程如图1所示，其中GSD———创成式外形设计，包括线框和曲面造型功能，用以建立和修改复杂外形设计所需要的各种曲面，同时 采用了基于特征的设计方法和全相关技术，能有效捕捉设计者的设计意图，极大的提高了设计的质量和效率，为后续设计、更改提供了强有力的技术支持。
2. 1 前大灯壳体的模具设计
不同用途的汽车车灯具有不同的标准，其中前照灯标准要求最高，其设计难度也最大。这里我们采用自由曲面反射器原理设计。
根据有关资料，可得到自由曲面的数学模型，其指导思想就是反射器不再是二次曲面，而是由多块自由曲面组成，这种曲面不能用一个或多个函数来表示，但将曲面 网络化后，用一系列标记(X， Y， Z)值的网格来表征。配光是由这些多块自由曲面共同作用的结果，每块自由曲面都对配光起到一定的作用。
2. 1. 1 Sketcher草绘
Sketcher草绘是3D设计的一种重要手段，其拥有类似二维软件常用的平面轮廓设计功能，并可最终将轮廓转化为三维实体。该功能模块能进行复杂的平面 轮廓线设计，非常适合制作自由曲面的设计，同时利用其后参数化的约束功能，使得这种设计和修改非常方便、快捷。如图2所示为通过Sketcher产生平面 线架特征的草图。
2. 1. 2 曲面造型( Shape Design)
利用CATIA强大的曲面造型功能，直接在Sketcher绘制的前大灯壳体平面线架特征的旋转面上进行造型，绘制中依据设计的不同要求结合灵活的后参数化功能，得出如图3所示的壳体反射器内表曲面。
曲面成型系统是塑料制品的直接成型部分，加工难度最大，要求最严格的部分。其中，成型面要求尺寸精度高、表面光洁度好、脱模斜度合理;分型面是动定 模分型的地方，配合好坏直接影响产品是否溢料而产生飞边等暇疵;镶块、镶针应根据加工工艺合理设计;排气槽排气好坏直接影响塑料制品的表面光洁度及质量。 这些影响因素在本设计中都给予了重点考虑。
2. 1. 3 实体造型( PartDesign)
利用CATIA 中的PartDesign模块，对复杂曲面进行实体造型，形成实体造型与曲面造型完全吻合，完成模具制造、分析及视效功能，最终形成壳体内部实体。利用实体造型功能形成的前大灯壳体模具模型如图4所示。
型腔、型芯的布局分析与设计，直接影响着成型塑件的质量、模具加工的工艺性以及注射成型的效率等，使用MOLD FLOW 软件， 根据模具侧向抽芯的分布对塑件进行分型面设计及确定，和浇口分析，确定浇口布置位置，得到较好质量的塑件成品。
2. 2前大灯衬框的模具设计
衬框的结构复杂程度要远逊于壳体，但其模具设计过程仍然遵循壳体的设计流程，即首先进行Sketcher草绘，然后进行曲面造型(Shape Design) ，最后完成实体造型( Part Design)如图5即为前大灯衬框模具模型。
2. 3 前大灯面罩的模具设计
基于面罩流线型设计、美观要求和透光性特点，利用实体造型( PartDesign) ，对主模型绘制草图，然后创建主模型，增加特征，创建其它特征，最后插入新特征或Body以完成复杂车灯面罩的三维模具设计。如图6所示为前大灯面罩模具模型。
3 结束语
3. 1 不断涌现的现代新型汽车车灯具有大量复杂曲面特征，利用CATIA后参数化约束方式，为设计者提供了一个不受约束、大胆创新的平台，使设计者可以随心所欲地展示设计思路，拓宽设计空间，提高设计效率。
3. 2 利用CATIA进行复杂车灯外观形状设计，可以直接进行三维车灯的实体造型，不需要完成产品试制即可进行产品外观评审，大大缩短开发周期。同时可以很方便地进行修改。
3. 3 形成三维实体后，后续加工时需要二维平面图作参考， 利用Drafting 模块可完成该操作。利用CATIA的模具设计(Mould Tooling Design)模块，配合其设计、仿真和制造模块，可进行包括凸凹模固定板定义，组件实例化，注塑和冷却特征定义等所有模具设计工作。其中注塑模具的 CAM技术主要用于数控铣削加工、线切割加工、电火花加工等，对复杂模具的型腔、型芯及电极的铣削加工起着更加重要的作用。