0 引言

    在市場經(jīng)濟(jì)和科技日益發(fā)展的今天，商用車設(shè)計技術(shù)和制造水平不斷提高。為適應(yīng)市場對高端商用車提出的新要求，高端商用車設(shè)計也突破了傳統(tǒng)的程序，邁向自主開發(fā)、適應(yīng)目標(biāo)市場和提高設(shè)計效率的新時代。在高端商用車開發(fā)過程中，確定符合功能、審美和市場要求的商用車造型曲線是極其重要的，而模型的制作及測量則是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。油泥模型的制作是設(shè)計前沿中至關(guān)重要的一步。其目的是用實(shí)物再現(xiàn)造型設(shè)計的思想，驗(yàn)證效果圖的立體效果，進(jìn)行優(yōu)化和方案論證，還可用以對比性風(fēng)洞試驗(yàn)。對所選定造型模型進(jìn)行三維坐標(biāo)測量及處理，可高效準(zhǔn)確地得到造型曲線曲面坐標(biāo)數(shù)據(jù)，直接用于商用車CAD而提高設(shè)計水平。此次加工主模型為東風(fēng)天龍改進(jìn)車型的主模型。

1 D530主模型的設(shè)計和材料使用方案

    1.1 材料的使用

    在模型制作階段有很多的制作方式可供選擇，而選擇油泥模型制作作為首選是由汽車造型設(shè)計的特殊性和油泥本身具有的特點(diǎn)所決定的。首先，汽車外形相對復(fù)雜，它由許多光滑的曲面組合而成，這要求一種可以靈活生成各種曲面的制作方法。相對于其他方法，油泥可以方便地被刮切成任意的形態(tài)，非常適合表現(xiàn)汽車曲面。其次，汽車外形設(shè)計常常有反復(fù)的過程，要對模型做反復(fù)的推敲修改，這需要模型本身具有可塑性。而油泥模型的特點(diǎn)恰好符合這一要求。和普通泥不一樣，油泥經(jīng)過加溫，硬度會迅速降低，得到相當(dāng)好的柔軟性，特別適合重塑；溫度回落，其硬度又很快恢復(fù)，適合細(xì)節(jié)的刻畫。這個過程還可以多次反復(fù)，絲毫不影響油泥本身的質(zhì)量。再次，汽車外形設(shè)計對表面質(zhì)感的光滑要求極高，普通泥的表面無法達(dá)到那樣的光滑度，而油泥質(zhì)感細(xì)膩光滑，符合近乎嚴(yán)酷的表面要求。從制作時間上來看，油泥模型也是比較快捷的一種。因此，它自然地成為目前汽車造型設(shè)計的主要模型制作手段。本次商用車主模型還沒有完全產(chǎn)品定型的部分使用油泥，油泥使用日本進(jìn)口的××型號。

    1.2 主模型的技術(shù)要求

    當(dāng)然，近年來計算機(jī)輔助設(shè)計發(fā)展迅速，尤其是新開發(fā)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也給實(shí)體油泥模型制作的必要性帶來了疑問。計算機(jī)三維建模有快速、精確等優(yōu)勢。但是和實(shí)體模型相比，數(shù)字建模的靈活性還是比較低，實(shí)時數(shù)字影像也遠(yuǎn)未達(dá)到完美的程度，在人機(jī)交互方面這種差距就更為明顯。所以，即使在汽車和數(shù)字技術(shù)都相當(dāng)發(fā)達(dá)的國家，油泥模型制作技術(shù)還將長期被置于不可動搖的位置。

    汽車油泥模型有許多規(guī)格。以設(shè)計期的模型而言，通常有1：1、1：4、1：5等比例的模型。其制作方法也略有不同。一般來說設(shè)計前期采用小比例的模型，后期采用1：1的模型。下面，以1：1模型為例，說明D530主模型油泥模型設(shè)計方案，如圖1所示。由于D530為改型車，尚未產(chǎn)品定型，產(chǎn)品變化較大的地方為改車的前臉部分，所以油泥使用部分在整個模型的前部及保險杠表面（油泥層厚度30～40mm），其余部分（側(cè)圍、后圍、頂蓋、車門、玻璃）采用硬質(zhì)泡沫填充。部分零件（導(dǎo)流罩、車輪、示廓燈、雨刮器等）采用實(shí)物裝配的方式，在模型制造中需考慮零件的安裝方式，預(yù)留安裝位置，保證安裝的位置精度。車輪的安裝只需保證安裝的位置，不用實(shí)現(xiàn)車輪的轉(zhuǎn)動。整體模型加工由大型五軸數(shù)控機(jī)床保證。

    圖1 D530主模型示意圖

    與以往加工的汽車產(chǎn)品主模型相比，有以下幾個顯著特點(diǎn)：

    1)采用1：1的整車加工主模型，模型總高2.3mm。由于數(shù)控設(shè)備加工高度不足，工藝方案上采用分體方式數(shù)控加工，分為上、下兩部分。數(shù)控加工過程中，共有4個工藝安裝輔助加工墊板，上下部各有兩塊，設(shè)計選定上下部分的定位基準(zhǔn)。以往車型的主模型通常比例縮小加工，采用整體一次加工的手段，未采用分塊加工，最終組裝成形。

    2)采用進(jìn)口油泥材料和硬質(zhì)泡沫分區(qū)域加工，以往公司生產(chǎn)的主模型一般為定型后產(chǎn)品，沒有采用油泥制作。油泥以往加工均為手工制作成形，此次用數(shù)控設(shè)備加工大面積油泥模型為本公司首次加工。

    3)此次加工采用片體加工，檢具沒有進(jìn)行三維實(shí)體設(shè)計，產(chǎn)品加工補(bǔ)充，產(chǎn)品內(nèi)外零件分類和后期的產(chǎn)品更改均由編程人員完成，工作量大。

    4)數(shù)控加工刀具小，結(jié)合縫最小直徑4mm，屬于檢測部位，有精度要求，所以只能采用五軸聯(lián)動的加工方式，加工區(qū)域多，容易產(chǎn)生干涉碰撞。

    5)數(shù)控加工的冷卻方式，采用高速加工霧化冷卻的方式進(jìn)行，主要是為了保護(hù)好油泥主模型加工的效果。以往數(shù)控加工類似威獅等檢具材料時，可以不采用冷卻，進(jìn)行干式切削加工方式加工檢具材料。

2 主模型的工藝要求

    主模型的制造采用上下分為兩塊的形式，每個分塊模型的制造表面精度公差要求保證在±0.2mm以內(nèi)。同時需要保證上下分塊對位裝配的精度，對位裝配上下兩塊型面誤差控制在±0.3mm以內(nèi)。

    2.1 主模型上部的加工

    1)件M13-1為上部模型，按照上部裝配加工；找正件1兩銷及z向基準(zhǔn)，數(shù)控加工上部分型面、輪廓、叉車通道和空開孔到要求，如圖2所示。

    圖2 D530主模型上部加工墊板示意

    2)加工上部模型墊高裝配加工，找正件1兩銷及z向基準(zhǔn)，數(shù)控加工下部分型面，接刀保證數(shù)控加工一致性，加工分模面到要求。

    2.2 主模型下部的加工

    1)件M13-2為下部模型，按照上部裝配加工，找正件2兩銷及Z向基準(zhǔn)，數(shù)控加工下部分型面、輪廓、叉車通道和空開孔到要求，如圖3所示。

    圖3 D530主模型下部加工墊板示意

    2)加工下部模型墊高裝配加工，找正件2兩銷及z向基準(zhǔn)，數(shù)控加工下部分型面，接刀保證數(shù)控加工一致性，加工分模面到要求劃線車輪中心保證安裝精度。

3 主模型的數(shù)控編程

    3.1 數(shù)控加工標(biāo)準(zhǔn)

    CAM精加工采用高速加工，數(shù)控精加工中的加工參數(shù)和加工線路上有了很大的改變，精加工使用的刀具也有所改變。具體表現(xiàn)在：

    1)基準(zhǔn)生產(chǎn)的嚴(yán)格性?；鶞?zhǔn)的尺寸公差必須保證在≤0.04mm，以滿足數(shù)控加工上、下部順利合型的工藝要求。

    2)檢查工作的細(xì)致化。工件裝夾在數(shù)控機(jī)床后，所有的加工一次粗、半精加工完成，檢查員認(rèn)真核實(shí)后方能下數(shù)控機(jī)床，保證加工后的基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)的一致性。

    3)加工參數(shù)、加工線路的標(biāo)準(zhǔn)化。做好高速加工工藝基準(zhǔn)，鉗工根據(jù)數(shù)控加工后的基準(zhǔn)進(jìn)行裝配工藝墊板后，檢查人員檢驗(yàn)合格后，數(shù)控加工人員根據(jù)基準(zhǔn)精加工以及清根程序進(jìn)行加工。

    3.2 數(shù)控加工使用的刀具參數(shù)（表1、圖4～圖6）

    表1 刀具參數(shù)

    圖4 高速加工常用刀具

    圖5 高速數(shù)控加工中心進(jìn)行五軸加工過程

    圖6 實(shí)物效果

4 總結(jié)

    通過本公司各個部門的通力合作，僅用2個月的開發(fā)時間加工完成D530主模型，及時滿足用戶方要求，為東風(fēng)公司新品車的開發(fā)贏得寶貴的時間。通過此次加工表明，良好的加工不僅降低了成本，還提高了檢具的幾何精度，縮短了制造周期。數(shù)控機(jī)床加工時，在很大程度上是完全依據(jù)編程設(shè)定的方式進(jìn)行的，所以編程的工藝路線、加工方式和加工順序的選擇顯得尤為重要。D530主模型的開發(fā)應(yīng)用有以下幾個顯著特點(diǎn)：

    1)D530主模型為1：1加工制造，加工總高超過2.3m，通過上下分型加工，采用多個墊板和數(shù)個定位基準(zhǔn)拼裝加工、裝配的設(shè)計和工藝方案是可行的。通過在意大利三坐標(biāo)測量機(jī)的檢測表明，型面和輪廓的檢驗(yàn)完全滿足用戶方的要求。

    2)通過高速數(shù)控加工油泥模型為本公司首例，在粗加工階段用普通數(shù)控設(shè)備加工的油泥非常粗糙，無法滿足設(shè)計和用戶需求。通過現(xiàn)場數(shù)控專家和編程人員的共同努力，采用高速加工方式，合理解決油泥加工易熔化、加工刀路粗糙的難題。

    3)五軸聯(lián)動加工的使用，不僅提高數(shù)控加工效率，而且加工尺寸準(zhǔn)確，加工殘留量小，為以后相似檢具五軸聯(lián)動加工提供可行的編程方案。

    4)油泥模型加工溫度的恒定對于加工質(zhì)量影響大，在溫度較低和冷卻充分的條件下加工模型效果好，在溫度較高和冷卻不充分的條件下數(shù)控加工油泥材料，會出現(xiàn)油泥局部加工熔化的現(xiàn)象，在以后加工此類材料，建議在溫度恒定的數(shù)控工作環(huán)境進(jìn)行。

    5)設(shè)計如果采用三維設(shè)計，能夠合理解決框架的設(shè)計布局，方便數(shù)控編程，對與三坐標(biāo)測量也能提供很大的便利條件，三維設(shè)計是主模型以后發(fā)展方向。

5 不足之處

    1)設(shè)計主模型過程中，設(shè)計人員對于油泥特性了解不足，設(shè)計結(jié)構(gòu)使得油泥粘貼不牢固，數(shù)控加工過程巾出現(xiàn)油泥大面積脫落，導(dǎo)致加工無法進(jìn)行。后來經(jīng)過局部增加3處掛臺的方式進(jìn)行重新加固得以解決。

    2)設(shè)計框架結(jié)構(gòu)不夠精細(xì)，框架模板鋪設(shè)過大，導(dǎo)致初期加工的油泥全部被數(shù)控加工掉，導(dǎo)致二次返工返修，數(shù)控加工工作量加大。

    3)數(shù)控機(jī)床五軸聯(lián)動加工，由于工件零件較多，發(fā)生了干涉現(xiàn)象。雖然采用第三方軟件檢測了干涉碰撞現(xiàn)象，數(shù)控代碼仍然與現(xiàn)場實(shí)物加工有一定差距。通過現(xiàn)場數(shù)控加工人員測量實(shí)物，改變編程加工角度才最終完成數(shù)控加工，降低了數(shù)控加工效率，在今后類似工件的加工中數(shù)控編程人員對于此類情況應(yīng)給予充分考慮。

    4)由于D530主模型的表面噴漆技術(shù)協(xié)議沒有徹底消化，造成模型上漆工作的返工、返修，對周期產(chǎn)生一定影響。