高速加工在D530主模型中的应用

0 引言

        在市场经济和科技日益发展的今天，商用车设计技术和制造水平不断提高。为适应市场对高端商用车提出的新要求，高端商用车设计也突破了传统的程序，迈向自主开发、适应目标市场和提高设计效率的新时代。在高端商用车开发过程中，确定符合功能、审美和市场要求的商用车造型曲线是极其重要的，而模型的制作及测量则是其中的关键环节。油泥模型的制作是设计前沿中至关重要的一步。其目的是用实物再现造型设计的思想，验证效果图的立体效果，进行优化和方案论证，还可用以对比性风洞试验。对所选定造型模型进行三维坐标测量及处理，可高效准确地得到造型曲线曲面坐标数据，直接用于商用车CAD而提高设计水平。此次加工主模型为东风天龙改进车型的主模型。

1 D530主模型的设计和材料使用方案

        1.1 材料的使用

        在模型制作阶段有很多的制作方式可供选择，而选择油泥模型制作作为首选是由汽车造型设计的特殊性和油泥本身具有的特点所决定的。首先，汽车外形相对复杂，它由许多光滑的曲面组合而成，这要求一种可以灵活生成各种曲面的制作方法。相对于其他方法，油泥可以方便地被刮切成任意的形态，非常适合表现汽车曲面。其次，汽车外形设计常常有反复的过程，要对模型做反复的推敲修改，这需要模型本身具有可塑性。而油泥模型的特点恰好符合这一要求。和普通泥不一样，油泥经过加温，硬度会迅速降低，得到相当好的柔软性，特别适合重塑；温度回落，其硬度又很快恢复，适合细节的刻画。这个过程还可以多次反复，丝毫不影响油泥本身的质量。再次，汽车外形设计对表面质感的光滑要求极高，普通泥的表面无法达到那样的光滑度，而油泥质感细腻光滑，符合近乎严酷的表面要求。从制作时间上来看，油泥模型也是比较快捷的一种。因此，它自然地成为目前汽车造型设计的主要模型制作手段。本次商用车主模型还没有完全产品定型的部分使用油泥，油泥使用日本进口的××型号。

        1.2 主模型的技术要求

        当然，近年来计算机辅助设计发展迅速，尤其是新开发的虚拟现实技术也给实体油泥模型制作的必要性带来了疑问。计算机三维建模有快速、精确等优势。但是和实体模型相比，数字建模的灵活性还是比较低，实时数字影像也远未达到完美的程度，在人机交互方面这种差距就更为明显。所以，即使在汽车和数字技术都相当发达的国家，油泥模型制作技术还将长期被置于不可动摇的位置。

        汽车油泥模型有许多规格。以设计期的模型而言，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。一般来说设计前期采用小比例的模型，后期采用1：1的模型。下面，以1：1模型为例，说明D530主模型油泥模型设计方案，如图1所示。由于D530为改型车，尚未产品定型，产品变化较大的地方为改车的前脸部分，所以油泥使用部分在整个模型的前部及保险杠表面（油泥层厚度30～40mm），其余部分（侧围、后围、顶盖、车门、玻璃）采用硬质泡沫填充。部分零件（导流罩、车轮、示廓灯、雨刮器等）采用实物装配的方式，在模型制造中需考虑零件的安装方式，预留安装位置，保证安装的位置精度。车轮的安装只需保证安装的位置，不用实现车轮的转动。整体模型加工由大型五轴数控机床保证。

    图1 D530主模型示意图

        与以往加工的汽车产品主模型相比，有以下几个显著特点：

        1)采用1：1的整车加工主模型，模型总高2.3mm。由于数控设备加工高度不足，工艺方案上采用分体方式数控加工，分为上、下两部分。数控加工过程中，共有4个工艺安装辅助加工垫板，上下部各有两块，设计选定上下部分的定位基准。以往车型的主模型通常比例缩小加工，采用整体一次加工的手段，未采用分块加工，最终组装成形。

        2)采用进口油泥材料和硬质泡沫分区域加工，以往公司生产的主模型一般为定型后产品，没有采用油泥制作。油泥以往加工均为手工制作成形，此次用数控设备加工大面积油泥模型为本公司首次加工。

        3)此次加工采用片体加工，检具没有进行三维实体设计，产品加工补充，产品内外零件分类和后期的产品更改均由编程人员完成，工作量大。

        4)数控加工刀具小，结合缝最小直径4mm，属于检测部位，有精度要求，所以只能采用五轴联动的加工方式，加工区域多，容易产生干涉碰撞。

        5)数控加工的冷却方式，采用高速加工雾化冷却的方式进行，主要是为了保护好油泥主模型加工的效果。以往数控加工类似威狮等检具材料时，可以不采用冷却，进行干式切削加工方式加工检具材料。