1 引言

　　車身作為汽車的四大總成之一，其開發(fā)設(shè)計(jì)的費(fèi)用及時(shí)間占據(jù)了整車開發(fā)費(fèi)用和時(shí)間的約70％，作為汽車產(chǎn)品開發(fā)中的重要環(huán)節(jié)，汽車車身的設(shè)計(jì)在全新車型開發(fā)中的造型設(shè)計(jì)需經(jīng)過繪制產(chǎn)品構(gòu)思圖、繪制總布置設(shè)計(jì)圖、繪制效果圖、制作1：1油泥模型、三維坐標(biāo)測(cè)量、建立數(shù)學(xué)模型等多個(gè)工序，工作量大，用時(shí)多，在整車開發(fā)過程中占有很大的比例。

　　車身主模型是根據(jù)CAD數(shù)據(jù)模型制造的1：1實(shí)例模型，是重要的設(shè)計(jì)資料之一。同時(shí)也是作為制造沖模、胎具、焊裝夾具、檢驗(yàn)樣架的主要依據(jù)，它還是大批量生產(chǎn)汽車車身時(shí)不可缺少的依據(jù)。

　　本文描述的主模型加工突破了傳統(tǒng)工藝的束縛，采用了新的主模型框架結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)模型材料的選用做了充分考慮，對(duì)主模型的表面進(jìn)行了合理的處理。在加工方面應(yīng)用了先進(jìn)的大型五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行整體加工，并將高速加工數(shù)控技術(shù)理念融人到加工中，不論在加工方式、加工精度、加工周期、模型精度還是加工費(fèi)用上都得到了滿意的效果。

2 毛坯準(zhǔn)備

　　2.1 主模型骨架結(jié)構(gòu)

　　主模型采用整體的鋼骨架結(jié)構(gòu)，首先根據(jù)主模型的CAD數(shù)據(jù)利用橋梁學(xué)的珩架理論，充分考慮骨架的受力情況，利用方鋼焊接形成主模型的內(nèi)骨架。去應(yīng)力處理后，在骨架的定位處粘接灰色樹脂(灰色樹脂強(qiáng)度較高)然后對(duì)它進(jìn)行預(yù)加工。根據(jù)設(shè)計(jì)構(gòu)想，在骨架上加工出與外飾材料連接用的定位孔、加工用定位孔、與輪胎架連接用定位孔。

　　2.2 主模型外飾型腔基體的構(gòu)成

　　主模型外飾型腔基體的構(gòu)成了使加工前主模型所使用的毛坯余量均勻，利用泡沫做主模型外飾材料內(nèi)型腔的容料基體。這樣可以節(jié)省很多外飾材料，泡沫不但容易加工成型而且價(jià)格便宜。將模型數(shù)據(jù)根據(jù)需要分塊(一般分成側(cè)圍、頂蓋、發(fā)罩、前風(fēng)窗、后風(fēng)窗、前保險(xiǎn)杠、后保險(xiǎn)杠等)，按加工需要將余量進(jìn)行放大，并用數(shù)控機(jī)床加工成型。在加工時(shí)，只要對(duì)泡沫進(jìn)行粗銑和半精銑就可以使用，因?yàn)榕菽浅Ｈ菀浊邢鳎赃M(jìn)給速度和被吃刀量都可以較大，加工效率很高。泡沫上面根據(jù)工藝需要加工成平面，并在上平面加工出材料對(duì)接用的刻線，刻線是形體與輔助支撐相連接時(shí)做基準(zhǔn)線用。

　　2.3 主模型的外飾材料

　　主模型外飾材料選用二合一環(huán)氧樹脂，它在固化前為紅、白兩種粉末，經(jīng)過1：1配比并攪拌均勻形成糊狀粘性物質(zhì)，通過24小時(shí)的固化形成可加工固體樹脂。它固化前的可塑性能夠保證它可以形成任何形狀，以減少材料的應(yīng)用數(shù)量，而且價(jià)格比樹脂板材要廉價(jià)很多。

　　2.4 外飾材料的成型

　　外飾材料的成型采用手工注塑的方法，在糊樹脂前要把基體上的泡沫碎屑打掃干凈，在行腔內(nèi)鋪較薄的塑料薄膜避免與泡沫粘接，然后用長(zhǎng)度為100mm左右的長(zhǎng)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50n蚰左右。接下來在泡沫基體上糊樹脂，要注意樹脂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(bǔ)鐵釘孔。為保證樹脂強(qiáng)度，樹脂糊需要固化24h。

　　2.5 主模型外飾材料與骨架的裝配連接

　　有了以上準(zhǔn)備后，即可準(zhǔn)備進(jìn)行骨架固定步驟：由于在設(shè)計(jì)骨架時(shí)，考慮到骨架裝配時(shí)的簡(jiǎn)潔性和骨架本身的剛性，主模型的骨架和主模型的外飾形狀并不完全相同，所以在外飾毛坯與骨架裝配時(shí)需要輔助支撐才能完成主模型外飾與骨架的完全固定。輔助支撐采用放射型連接方式，這樣可以使各個(gè)支撐點(diǎn)相互牽制，減少主模型的整體變形。

　　首先，在骨架剛性較好的位置設(shè)計(jì)幾個(gè)合適的點(diǎn)作為基礎(chǔ)固定點(diǎn)，并固定好基礎(chǔ)座，然后根據(jù)需要在基礎(chǔ)座上連接出數(shù)根鋼筋，通過鋼筋的外接點(diǎn)與外飾毛坯連接完成整體連接的任務(wù)。操作時(shí)主模型外飾毛坯與鋼筋用樹脂糊粘接，固定基礎(chǔ)座與骨架用螺栓連接，基礎(chǔ)座與鋼筋焊接。將主模型的外飾毛坯裝配完成后，用樹脂糊填充毛坯之間的縫隙，完成毛坯的準(zhǔn)備工作。

3 主模型的加工數(shù)控技術(shù)

　　3.1 粗加工的數(shù)控技術(shù)

　　毛坯準(zhǔn)備好以后，即可準(zhǔn)備進(jìn)行加工。把骨架用螺栓固定在加工支架上，模型中心線與機(jī)床x軸平行，考慮到機(jī)床需要擺頭，加工主模型的中心線應(yīng)盡量在y軸方向的中間位置，x軸同樣留出擺頭空間。定義加工坐標(biāo)系。第一次粗加工選用32鑲齒球頭銑刀，首先留1mm加工余量，采用10mm的大步距進(jìn)行加工，然后檢查主模型整體的加工情況，并將主模型缺料處補(bǔ)充完整。第二次粗加工用20整體合金刀具進(jìn)行加工，采用負(fù)余量過切形式進(jìn)行加工，過切量2mm，步距采用2mm，然后仔細(xì)檢查主模型的加工情況，用樹脂將較大的氣孔補(bǔ)料并清理平整。接下來，同樣用過切的方式進(jìn)行清角加工，并用大于開縫線的刀具進(jìn)行開縫線的過切加工，同時(shí)，仔細(xì)檢查主模型的加工情況，根據(jù)具體情況進(jìn)行小范圍的手工精細(xì)處理，確定滿意完成主模型的粗加工。

　　3.2 表面處理與精加工的數(shù)控技術(shù)

　　利用樹脂糊進(jìn)行模型加工的主要缺點(diǎn)是：難以去除表面的氣孔，從而模型的表面精度不能滿足要求。為滿足主模型加工精度的要求，選用新型樹脂材料。這種材料可以涂刷，特點(diǎn)是：附著力很強(qiáng)，表面精度高，可以彌補(bǔ)涂刷表面的微小缺欠，并且沒有氣味。

　　在加工主模型的應(yīng)用中，主模型粗加工后，利用上述樹脂材料精細(xì)涂刷，確定達(dá)到要求厚度時(shí)，進(jìn)行主模型的半精加工。采用稅O的整體合金刀具余量為0.8mm，步距2mm。加工后精細(xì)檢查加工情況，以確定是否滿足精加工條件，如果出現(xiàn)缺料現(xiàn)象則及時(shí)補(bǔ)料。

　　精加工是主模型的加工關(guān)鍵，它需要機(jī)床長(zhǎng)時(shí)問的運(yùn)轉(zhuǎn)，在精加工時(shí)采用高速加工方式。在加工精度和加工效果上，最終結(jié)果都非常好。在局部處理上應(yīng)用了五軸聯(lián)動(dòng)的加工模式，提高了加工的精度和效率，同時(shí)也驗(yàn)證了機(jī)床后置處理的正確性。

　　3.3 局部加工方法

　　為了便于加工，在實(shí)例主模型的加工中，將主模型的后視鏡、水箱面罩和車門拉手單獨(dú)進(jìn)行加工。其加工難度比較大，模型不但是異形曲面形成的幾何體，而且在最終加工時(shí)，沒有任何的裝夾和固定位置，六面全都需要加工。在加工時(shí)，應(yīng)用石膏做最終加工的固定載體成功地完成了加工，找到了加工的新途徑。在形成車身的構(gòu)件連接的逢線處，根據(jù)加工需要，通過增加CAD輔助數(shù)據(jù)的方式，解決了很多加工的數(shù)控技術(shù)難題。

4 新型機(jī)床的功能及后置處理的編譯

　　加工用的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心，具有現(xiàn)代高速加工的電子主軸，轉(zhuǎn)速高(可達(dá)24000r／“n)、并具有整體冷卻回路和HsK高速錐柄。電主軸上裝有集成電路傳感器，可以記錄任何振動(dòng)現(xiàn)象，而且可以計(jì)算電主軸的熱特性，利用智能運(yùn)算法則進(jìn)行補(bǔ)償。采用矢量控制技術(shù)，也就是由閉合控制回路控制。

　　機(jī)床采用FIDIA軟件控制系統(tǒng)。由于軟件的控制系統(tǒng)有著一定的優(yōu)勢(shì)，它更適合補(bǔ)償綜合誤差和功能強(qiáng)大的程序的前瞻功能。前瞻功能可以保持最佳的軸進(jìn)給速度、進(jìn)給加速度和最佳的路徑變換；可保持規(guī)定的動(dòng)態(tài)精度曲線；可識(shí)別拐角，及時(shí)降速。使加工速度不超過機(jī)床的運(yùn)行特性范圍。

　　可見，機(jī)床更適合于高速加工。一個(gè)新型機(jī)床在對(duì)機(jī)床功能、操作了解之后，針對(duì)機(jī)床和應(yīng)用的加工編程軟件制作合適的后置處理是相當(dāng)重要的。機(jī)床的后置處理就是要根據(jù)指定機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)和控制指令格式，將cAM軟件產(chǎn)生的刀位原文件轉(zhuǎn)換成機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并按其控制指令格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，成為數(shù)控機(jī)床可識(shí)別的數(shù)控代碼文件。

　　由于機(jī)床在多坐標(biāo)加工時(shí)，實(shí)際刀位的運(yùn)動(dòng)是由多個(gè)平動(dòng)軸和一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)合成的，不同的數(shù)控機(jī)床有不同的運(yùn)算形式，所以制作后置處理的第一步是對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)形式的選擇，然后是技術(shù)參數(shù)定制、旋轉(zhuǎn)軸超限時(shí)的處理、數(shù)控系統(tǒng)定制、NC數(shù)據(jù)具體內(nèi)容的定義，最后獲得符合數(shù)控設(shè)備的后置處理器。

5 結(jié)語

　　簡(jiǎn)單的定義來概括高速銑削是很難的，因?yàn)槠渖婕暗膯栴}太多，更好地利用現(xiàn)代刀具材料的效率、極大地提高切削速度，從而提高切削效率及加工精度一直是加工者所希望的。加工主模型時(shí)，在高速加工的應(yīng)用上，采用高于20000r／rnin的轉(zhuǎn)速，同時(shí)采用高于20000mm／IIIin的進(jìn)給速度，比如在主模型側(cè)圍的精加工中，接近10000m的走刀程序，用常規(guī)的加工方法需要35h；而采用高速加工時(shí)，加上機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)在程序換向進(jìn)行必要的自動(dòng)緩沖減速所占用的時(shí)間，走刀的實(shí)際時(shí)間不到12h，效率提高3倍。