汽車內(nèi)飾油泥模型加工方法與工藝

郭上清 曹春勝 雷邦成

摘要：本文研究汽車內(nèi)飾油泥模型制作方法和工藝，通過(guò)內(nèi)飾骨架設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理的合理設(shè)置以及模型的定位編程與加工。把數(shù)據(jù)虛擬模型通過(guò)油泥模型的加工制作，讓汽車造型設(shè)計(jì)真實(shí)的展現(xiàn)出來(lái)。

關(guān)鍵詞：骨架設(shè)計(jì);加工工藝;編程工藝;定位方法

中圖分類號(hào)：U471文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1前言

隨著生活水平日益提高，人們的出行工具也發(fā)生了很大的變化。從馬車到自行車再到汽車，歷經(jīng)了幾十年的發(fā)展汽車從當(dāng)初的T型車到現(xiàn)在各式各樣的風(fēng)格，這體現(xiàn)出了人們對(duì)美，對(duì)時(shí)尚的最求。在現(xiàn)代汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)過(guò)程中，模型制作起著非常重要的作用。它的制作過(guò)程是設(shè)計(jì)師思想轉(zhuǎn)為實(shí)物的一個(gè)體現(xiàn)，能夠更加快速地展現(xiàn)出設(shè)計(jì)師的理念，今后油泥模型加工制作將會(huì)更加重要。

本文通過(guò)TARUS設(shè)備，型號(hào)TARUS-TPSMC-4721（后續(xù)簡(jiǎn)稱TPSMC-4721），對(duì)平臺(tái)上的內(nèi)飾油泥模型加工，研究油泥骨架設(shè)計(jì)、加工工藝、編程工藝和定位方法等，來(lái)提升內(nèi)飾模型的加工質(zhì)量。2TARUS設(shè)備

TARUS-4721設(shè)備是具有CAM、掃描、三軸編程、數(shù)據(jù)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理于一體的多能機(jī)，可以支持各種數(shù)據(jù)格式導(dǎo)入如IGS、STL、STP和APT等。能夠編輯旋轉(zhuǎn)，斜向等三軸刀路，設(shè)備操作簡(jiǎn)單能夠加工很多復(fù)雜的曲面。設(shè)備的軸轉(zhuǎn)換菜單能快速設(shè)定設(shè)備空間坐標(biāo)位置，與原數(shù)模進(jìn)行匹配，從而快速進(jìn)行油泥模型加工。TARUS-4721設(shè)備增加有提取刀長(zhǎng)功能，兩種不同直徑的刀長(zhǎng)拆換后無(wú)需對(duì)表架，只需要提取刀長(zhǎng)數(shù)值就可以加工，節(jié)約對(duì)刀時(shí)間，誤差在+/-0.01mm。

設(shè)備軸頭可以360°旋轉(zhuǎn)尋找最合適的加工方位，以確保設(shè)備與模型不干涉。加工過(guò)程中最大銑削量可以到達(dá)25mm，最大加工深度可以達(dá)到30mm，設(shè)備可以快速、穩(wěn)定且持續(xù)的24h加工，更大的加快項(xiàng)目開(kāi)發(fā)周期。設(shè)備的具體參數(shù)表如表1所示。

3內(nèi)飾骨架設(shè)計(jì)

內(nèi)飾骨架這主要是指前倉(cāng)內(nèi)飾骨架，正常情況下造型前期開(kāi)發(fā)只做前排骨架，這不僅能夠降低成本加快方案的研發(fā)周期，更能節(jié)約資源。骨架模型不僅要確?？傮w的質(zhì)量要求，還要保證空間坐標(biāo)系和加工坐標(biāo)系的設(shè)計(jì)要求。如圖l所示，內(nèi)飾骨架主要由儀表臺(tái)（IP）、副儀表（CONSOLE）、門板（door）、以及支撐底板組成（下文均以字母體現(xiàn)）。整個(gè)內(nèi)飾模型的重量都在IP上，其骨架設(shè)計(jì)分為上下兩層6條主鋼梁以確保能夠支撐其重量，為了方便模型轉(zhuǎn)運(yùn)在模型4個(gè)角底裝有萬(wàn)向輪。在整個(gè)內(nèi)飾模型制作過(guò)程中，門板與IP之間經(jīng)常要拆、裝，門板是通過(guò)角鏈與IP靈活搭接，方便拆裝。當(dāng)油泥加工后門板的重量會(huì)成倍增加，所以內(nèi)飾模型的骨架、角鏈及焊接點(diǎn)就需要達(dá)到一定的硬度和強(qiáng)度來(lái)支撐模型的重量?；鶞?zhǔn)點(diǎn)的設(shè)計(jì)采用旋轉(zhuǎn)螺母固定，這樣的設(shè)計(jì)在骨架定位打平時(shí)能夠使骨架與數(shù)字骨架的數(shù)值更加精確，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4模型制作工藝

4.1模型定位

由于骨架、支撐支架和平臺(tái)定位銷的孔會(huì)產(chǎn)生裝配誤差，為了減少IP與DOOR、IP與CONSOLE之間安裝間隙誤差，模型需要在加工前定位匹配。以IP上的一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)建立坐標(biāo)系來(lái)匹配另一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，使IP上的2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的X、Y和Z保持一致并鎖緊基準(zhǔn)點(diǎn)。當(dāng)IP與X，Y方向都互相平行后，把左、右門板關(guān)到限位點(diǎn)，左門板以IP左邊的基準(zhǔn)點(diǎn)建立坐標(biāo)系，右門板以IP右邊基準(zhǔn)點(diǎn)建立坐標(biāo)系，通過(guò)多次手工調(diào)整門板的位置和機(jī)床的打點(diǎn)驗(yàn)證，使左右門板垂直于IP，并且調(diào)節(jié)左右門板上的基準(zhǔn)點(diǎn)（X、Z、Y）與數(shù)據(jù)一致后鎖緊基準(zhǔn)點(diǎn)，加工時(shí)IP、CONSOLE和DOOR都是以自身為單元建立空間坐標(biāo)系來(lái)加工。

4.2內(nèi)飾模型毛坯制作

根據(jù)內(nèi)飾數(shù)據(jù)的尺寸，切割泡沫長(zhǎng)寬高與數(shù)據(jù)相似的lP、CONSOLE及DOOR泡沫塊并用泡沫膠粘接在骨架上，等待泡沫膠凝固后，利用內(nèi)飾數(shù)據(jù)編程向其內(nèi)側(cè)加工25～35mm，過(guò)切泡沫后用烤槍吹化泡沫表面，使其泡沫表面硬化利于油泥敷設(shè)。

5數(shù)據(jù)處理

油泥模型加工前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行工藝處理。如圖2所示，車輛的方向盤、拉桿等加工時(shí)會(huì)與設(shè)備主軸干涉，需要分離出來(lái)獨(dú)立加工。同時(shí)IP上的1區(qū)域有撞刀風(fēng)險(xiǎn)，為了避免出現(xiàn)撞刀等問(wèn)題需要沿著CONSOLE的J面邊緣截?cái)郔P的I面，I面過(guò)多的一截?cái)M合到CONSOLE上。沿著安裝地面把K區(qū)域截?cái)?，避免B柱、門檻加工出來(lái)厚度過(guò)高。A、B柱以及門檻背面一般是沒(méi)有實(shí)體面的，所以需要根據(jù)木板的位置以及各個(gè)部件的搭接縫隙制作出B面，把整個(gè)數(shù)據(jù)縫合起來(lái)才能編程加工。

6模型加工工藝

6.1模型編程工藝

根據(jù)數(shù)字模型，對(duì)模型的形狀、尺寸精度、表面粗糙度和毛坯種類進(jìn)行分析，然后根據(jù)要加工的程度選擇對(duì)應(yīng)的刀具，夾緊裝置、加工方法、加工順序以及切削量的大小。在編程過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮數(shù)控機(jī)床的指令功能，充分發(fā)揮機(jī)床的效率，做到加工路線合理、走刀次數(shù)少和加工時(shí)間短等。根據(jù)編程工藝分析，設(shè)計(jì)了表2編程過(guò)程中的工藝參數(shù)。

6.2數(shù)控工藝

6.2.1數(shù)控加工工藝

數(shù)控加工工藝分析主要包括以下內(nèi)容。

（1）選擇適合在數(shù)控機(jī)床上加工的模型零件，確認(rèn)評(píng)審要求。

（2）分析被加工模型數(shù)據(jù)，明確加工內(nèi)容及技術(shù)要求。在此基礎(chǔ)上，確定模型的加工方案，制定數(shù)控加工工藝路線。

（3）加工工序的設(shè)計(jì)，選取模型的定位基準(zhǔn)，加工步驟的劃分、裝夾與定位、選取加工刀具以及確定油泥切削厚度等。

（4）數(shù)控加工程序的調(diào)整，選取對(duì)刀點(diǎn)、確定刀具補(bǔ)償?shù)取?/p>

（5）數(shù)控加工程序的控制，程序的修建、程序的加工方向控制。

（6）處理數(shù)控機(jī)床上的部分操作工藝指令。

6.2.2數(shù)控加工工序

（1）基準(zhǔn)面先加工。

（2）先粗加工后精加工。

（3）先大面加工后細(xì)節(jié)清角。

（4）先大面加工后銑深孔。

（5）從上往下加工。

6.2.3數(shù)控工藝流程

編程人員在加工工藝和加工工序處理完后，可根據(jù)數(shù)控工藝流程進(jìn)行程序編輯。數(shù)控工藝流程如圖3所示，根據(jù)加工的要求編程人員可以通過(guò)數(shù)據(jù)字模型的編程處理使數(shù)字模型轉(zhuǎn)化為NC程序。機(jī)床設(shè)備通過(guò)NC程序的空間定位，通過(guò)油泥加工把數(shù)字模型轉(zhuǎn)移到油泥模型上，使虛化的東西真實(shí)的體現(xiàn)出來(lái)。

7內(nèi)飾模型加工

內(nèi)飾油泥模型主要由IP、CONSOLE和DOOR這3大件組成。如果整個(gè)內(nèi)飾在平臺(tái)上一起加工會(huì)造成機(jī)床撞刀、加工不到位等現(xiàn)象，內(nèi)飾模型加工需要拆分加工，當(dāng)每個(gè)部件加工完成后再重新組裝。在整個(gè)內(nèi)飾模型制作過(guò)程中，每個(gè)部件需要反復(fù)加工很多次，每個(gè)部件也需要拆分和組裝很多次。所以每次拆分加工前要對(duì)整個(gè)內(nèi)飾模型進(jìn)行打表拉平，確保每個(gè)部件處在正確的位置上。

7.1儀表臺(tái)加工

在儀表臺(tái)制作的過(guò)程中首先要對(duì)泡沫模型進(jìn)行油泥敷設(shè)，在泡沫模型敷設(shè)30.000～40.000mm的油泥厚度，油泥敷設(shè)要確保質(zhì)量，避免氣孔產(chǎn)生。其次進(jìn)行檢查油泥走刀，來(lái)確認(rèn)油泥是否敷夠。再而進(jìn)行粗銑油泥走刀，來(lái)切削油泥敷設(shè)過(guò)多的地方，確保精加工時(shí)整體油泥不太厚，從而增加精加工精度，然后再進(jìn)行精加工走刀。最后，孔的精修以及細(xì)節(jié)的小刀加工。

儀表臺(tái)在油泥模型數(shù)控加工過(guò)程中很難達(dá)到一刀加工完成，一般數(shù)控加工儀表臺(tái)油泥模型要考慮模型加工時(shí)間、模型加工質(zhì)量等。為減少機(jī)床誤差、定位誤差以及每次的對(duì)表誤差就會(huì)使面與面之間產(chǎn)生斷差、首先一個(gè)方向作為基準(zhǔn)面加工，加工下一個(gè)面時(shí)，以這個(gè)基準(zhǔn)面為準(zhǔn)尋找X.Y和Z的差值進(jìn)行手動(dòng)微調(diào)達(dá)到面銜接的目的。

如圖4所示，首先加工儀表臺(tái)的上表面為基準(zhǔn)，這個(gè)上表面是第一次的精加工面，所以默認(rèn)這個(gè)面的誤差接近零。由于旋轉(zhuǎn)機(jī)頭二次對(duì)刀跟第一次對(duì)刀或多或少有點(diǎn)誤差，所以當(dāng)需要加工另一面時(shí)需要在E面的位置找出X的偏差量，在D面找出Z的偏差量，在F面的位置找出Y的偏差量。在尋找第一個(gè)偏差量時(shí)盡量不影響另外兩個(gè)數(shù)值，同理精加工其他面時(shí)也需要找到相應(yīng)的X、Y和Z的偏差量。

7.2副儀表及門板加工

副儀表和門板是需要匹配在儀表臺(tái)上，因此加工之前要五點(diǎn)定義骨架確保副儀表和門板的加工基準(zhǔn)坐標(biāo)正確。副儀表在油泥加工的過(guò)程中由于有五個(gè)方向需要加工，而三軸機(jī)床由于對(duì)刀、行程的原因不能一次定位加工完成，當(dāng)平臺(tái)和機(jī)床是固定式時(shí)，需要把能加工的4個(gè)面加工完后，再把模型旋轉(zhuǎn)進(jìn)行固定打點(diǎn)、打平來(lái)進(jìn)行背面的二次加工。加工副儀表往往有深孔、扶手底面一次加工不到。副儀表的扶手大多時(shí)候會(huì)擋住深孔的一些部分，且深度遠(yuǎn)超過(guò)安裝刀具的長(zhǎng)度。

（1）先粗、精加工深孔部分。

（2）用膠帶保護(hù)好深孔加工后的上表面。

（3）油泥敷設(shè)到需要的厚度。

（4）再加工深孔上表面以上部分。

（5）最后完成側(cè)面四周表面的加工。

門板加工時(shí)一般把門板平躺在平臺(tái)上，此時(shí)需要注意工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)換。按程序過(guò)切泡沫、敷設(shè)油泥、檢查油泥厚度、粗銑模型、精加工模型以及細(xì)節(jié)清角。

門板一般是單方向加工，基本是一刀加工完成，但是門板有很多內(nèi)空加工（如門板的儲(chǔ)物空間和扶手的裝飾空間），正常情況下加工不出來(lái)，此時(shí)需要做數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)把遮擋的曲面分離出來(lái)單獨(dú)加工，先把門板的內(nèi)部?jī)?chǔ)存空間加工出來(lái)，把分離出來(lái)的結(jié)構(gòu)加工完后匹配到門板上，就能更加完美的把數(shù)據(jù)模型體現(xiàn)出來(lái)。

8結(jié)論

在當(dāng)今日益發(fā)展的科技下，企業(yè)必須加強(qiáng)創(chuàng)新提高自己的品牌，才能使企業(yè)在這競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)下有自己的位置。通過(guò)本文論述汽車內(nèi)飾油泥模型加工，不管是汽車內(nèi)飾模型加工還是汽車外飾模型加工，以及另外一些油泥模型加工，都是通過(guò)骨架設(shè)計(jì)、定位方法、編程工藝以及加工方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只有科學(xué)的提升這些設(shè)計(jì)才能更快更好的做出模型讓決策者選取方案，汽車產(chǎn)品才能更快的向市場(chǎng)推出，提升企業(yè)的生命力。