0 引言

    在市場經濟和科技日益發展的今天，商用車設計技術和制造水平不斷提高。為適應市場對高端商用車提出的新要求，高端商用車設計也突破了傳統的程序，邁向自主開發、適應目標市場和提高設計效率的新時代。在高端商用車開發過程中，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鍵環節。油泥模型的制作是設計前沿中至關重要的一步。其目的是用實物再現造型設計的思想，驗證效果圖的立體效果，進行優化和方案論證，還可用以對比性風洞試驗。對所選定造型模型進行三維坐標測量及處理，可高效準確地得到造型曲線曲面坐標數據，直接用于商用車CAD而提高設計水平。此次加工主模型為東風天龍改進車型的主模型。

1 D530主模型的設計和材料使用方案

    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計的特殊性和油泥本身具有的特點所決定的。首先，汽車外形相對復雜，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，非常適合表現汽車曲面。其次，汽車外形設計常常有反復的過程，要對模型做反復的推敲修改，這需要模型本身具有可塑性。而油泥模型的特點恰好符合這一要求。和普通泥不一樣，油泥經過加溫，硬度會迅速降低，得到相當好的柔軟性，特別適合重塑；溫度回落，其硬度又很快恢復，適合細節的刻畫。這個過程還可以多次反復，絲毫不影響油泥本身的質量。再次，汽車外形設計對表面質感的光滑要求極高，普通泥的表面無法達到那樣的光滑度，而油泥質感細膩光滑，符合近乎嚴酷的表面要求。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計的主要模型制作手段。本次商用車主模型還沒有完全產品定型的部分使用油泥，油泥使用日本進口的××型號。

    1.2 主模型的技術要求

    當然，近年來計算機輔助設計發展迅速，尤其是新開發的虛擬現實技術也給實體油泥模型制作的必要性帶來了疑問。計算機三維建模有快速、精確等優勢。但是和實體模型相比，數字建模的靈活性還是比較低，實時數字影像也遠未達到完美的程度，在人機交互方面這種差距就更為明顯。所以，即使在汽車和數字技術都相當發達的國家，油泥模型制作技術還將長期被置于不可動搖的位置。

    汽車油泥模型有許多規格。以設計期的模型而言，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主模型油泥模型設計方案，如圖1所示。由于D530為改型車，尚未產品定型，產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（側圍、后圍、頂蓋、車門、玻璃）采用硬質泡沫填充。部分零件（導流罩、車輪、示廓燈、雨刮器等）采用實物裝配的方式，在模型制造中需考慮零件的安裝方式，預留安裝位置，保證安裝的位置精度。車輪的安裝只需保證安裝的位置，不用實現車輪的轉動。整體模型加工由大型五軸數控機床保證。

    圖1 D530主模型示意圖

    與以往加工的汽車產品主模型相比，有以下幾個顯著特點：

    1)采用1：1的整車加工主模型，模型總高2.3mm。由于數控設備加工高度不足，工藝方案上采用分體方式數控加工，分為上、下兩部分。數控加工過程中，共有4個工藝安裝輔助加工墊板，上下部各有兩塊，設計選定上下部分的定位基準。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)采用進口油泥材料和硬質泡沫分區域加工，以往公司生產的主模型一般為定型后產品，沒有采用油泥制作。油泥以往加工均為手工制作成形，此次用數控設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，檢具沒有進行三維實體設計，產品加工補充，產品內外零件分類和后期的產品更改均由編程人員完成，工作量大。

    4)數控加工刀具小，結合縫最小直徑4mm，屬于檢測部位，有精度要求，所以只能采用五軸聯動的加工方式，加工區域多，容易產生干涉碰撞。

    5)數控加工的冷卻方式，采用高速加工霧化冷卻的方式進行，主要是為了保護好油泥主模型加工的效果。以往數控加工類似威獅等檢具材料時，可以不采用冷卻，進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。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。

    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，數控加工上部分型面、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，數控加工下部分型面，接刀保證數控加工一致性，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，數控加工下部分型面、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，數控加工下部分型面，接刀保證數控加工一致性，加工分模面到要求劃線車輪中心保證安裝精度。

3 主模型的數控編程

    3.1 數控加工標準

    CAM精加工采用高速加工，數控精加工中的加工參數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。具體表現在：

    1)基準生產的嚴格性。基準的尺寸公差必須保證在≤0.04mm，以滿足數控加工上、下部順利合型的工藝要求。

    2)檢查工作的細致化。工件裝夾在數控機床后，所有的加工一次粗、半精加工完成，檢查員認真核實后方能下數控機床，保證加工后的基準與設計基準的一致性。

    3)加工參數、加工線路的標準化。做好高速加工工藝基準，鉗工根據數控加工后的基準進行裝配工藝墊板后，檢查人員檢驗合格后，數控加工人員根據基準精加工以及清根程序進行加工。

    3.2 數控加工使用的刀具參數（表1、圖4～圖6）

    表1 刀具參數

    圖4 高速加工常用刀具

    圖5 高速數控加工中心進行五軸加工過程

    圖6 實物效果

4 總結

    通過本公司各個部門的通力合作，僅用2個月的開發時間加工完成D530主模型，及時滿足用戶方要求，為東風公司新品車的開發贏得寶貴的時間。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。數控機床加工時，在很大程度上是完全依據編程設定的方式進行的，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主模型的開發應用有以下幾個顯著特點：

    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，采用多個墊板和數個定位基準拼裝加工、裝配的設計和工藝方案是可行的。通過在意大利三坐標測量機的檢測表明，型面和輪廓的檢驗完全滿足用戶方的要求。

    2)通過高速數控加工油泥模型為本公司首例，在粗加工階段用普通數控設備加工的油泥非常粗糙，無法滿足設計和用戶需求。通過現場數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)五軸聯動加工的使用，不僅提高數控加工效率，而且加工尺寸準確，加工殘留量小，為以后相似檢具五軸聯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控加工油泥材料，會出現油泥局部加工熔化的現象，在以后加工此類材料，建議在溫度恒定的數控工作環境進行。

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

5 不足之處

    1)設計主模型過程中，設計人員對于油泥特性了解不足，設計結構使得油泥粘貼不牢固，數控加工過程巾出現油泥大面積脫落，導致加工無法進行。后來經過局部增加3處掛臺的方式進行重新加固得以解決。

    2)設計框架結構不夠精細，框架模板鋪設過大，導致初期加工的油泥全部被數控加工掉，導致二次返工返修，數控加工工作量加大。

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

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