本文通过对汽车实例主模型加工前的毛坯准备、模型框架结构设计、新的模型表面处理方式和利用大型五轴联动数控加工中心高速加工等方法和手段，来实现汽车实例主模型的设计与制造。不仅完成了汽车实例主模型的整体加工。而且缩短了加工时间，改善了产品质量，对于汽车模型的开发有较强的借鉴作用。 1 引言 车身作为汽车的四大总成之一，其开发设计的费用及时间占据了整车开发费用和时间的约70％，作为汽车产品开发中的重要环节，汽车车身的设计在全新车型开发中的造型设计需经过绘制产品构思图、绘制总布置设计图、绘制效果图、制作1：1油泥模型、三维坐标测量、建立数学模型等多个工序，工作量大，用时多，在整车开发过程中占有很大的比例。 车身主模型是根据cAD数据模型制造的1：1实例模型，是重要的设计资料之一．同时也是作为制造冲模、胎具、焊装夹具、检验样架的主要依据，它还是大批量生产汽车车身时不可缺少的依据。 本文描述的主模型加工突破了传统工艺的束缚，采用了新的主模型框架结构，同时对模型材料的选用做了充分考虑，对主模型的表面进行了合理的处理。在加工方面应用了先进的大型五轴联动数控机床进行整体加工，并将高速加工理念融人到加工中，不论在加工方式、加工精度、加工周期、模型精度还是加工费用上都得到了满意的效果。 2 毛坯准备 2.1 主模型骨架结构 主模型采用整体的钢骨架结构，首先根据主模型的CAD数据利用桥梁学的珩架理论，充分考虑骨架的受力情况，利用方钢焊接形成主模型的内骨架。去应力处理后，在骨架的定位处粘接灰色树脂(灰色树脂强度较高)然后对它进行预加工。根据设计构想，在骨架上加工出与外饰材料连接用的定位孔、加工用定位孔、与轮胎架连接用定位孔。 2.2 主模型外饰型腔基体的构成 了使加工前主模型所使用的毛坯余量均匀，利用泡沫做主模型外饰材料内型腔的容料基体。这样可以节省很多外饰材料，泡沫不但容易加工成型而且价格便宜。将模型数据根据需要分块(一般分成侧围、顶盖、发罩、前风窗、后风窗、前保险杠、后保险杠等)，按加工需要将余量进行放大，并用数控机床加工成型。在加工时，只要对泡沫进行粗铣和半精铣就可以使用，因为泡沫非常容易切削，所以进给速度和被吃刀量都可以较大，加工效率很高。泡沫上面根据工艺需要加工成平面，并在上平面加工出材料对接用的刻线，刻线是形体与辅助支撑相连接时做基准线用。 2.3 主模型的外饰材料 主模型外饰材料选用二合一环氧树脂，它在固化前为红、白两种粉末，经过1：1配比并搅拌均匀形成糊状粘性物质，通过24小时的固化形成可加工固体树脂。它固化前的可塑性能够保证它可以形成任何形状，以减少材料的应用数量，而且价格比树脂板材要廉价很多。 2.4 外饰材料的成型 外饰材料的成型采用手工注塑的方法，在糊树脂前要把基体上的泡沫碎屑打扫干净，在行腔内铺较薄的塑料薄膜避免与泡沫粘接，然后用长度为100mm左右的长铁钉扎在泡沫基体表面做厚度参照，使铁钉顶端距泡沫表面50n蚰左右。接下来在泡沫基体上糊树脂，要注意树脂厚度基本同铁钉顶端持平，涂抹力求均匀，但不要覆盖铁钉，糊完后取出所有铁钉，并修补铁钉孔。为保证树脂强度，树脂糊需要固化24h。 2.5 主模型外饰材料与骨架的装配连接 有了以上准备后，即可准备进行骨架固定步骤：由于在设计骨架时，考虑到骨架装配时的简洁性和骨架本身的刚性，主模型的骨架和主模型的外饰形状并不完全相同，所以在外饰毛坯与骨架装配时需要辅助支撑才能完成主模型外饰与骨架的完全固定。辅助支撑采用放射型连接方式，这样可以使各个支撑点相互牵制，减少主模型的整体变形。 首先，在骨架刚性较好的位置设计几个合适的点作为基础固定点，并固定好基础座，然后根据需要在基础座上连接出数根钢筋，通过钢筋的外接点与外饰毛坯连接完成整体连接的任务。操作时主模型外饰毛坯与钢筋用树脂糊粘接，固定基础座与骨架用螺栓连接，基础座与钢筋焊接。将主模型的外饰毛坯装配完成后，用树脂糊填充毛坯之间的缝隙，完成毛坯的准备工作。 3 主模型的加工 3.1 粗加工 毛坯准备好以后，即可准备进行加工。把骨架用螺栓固定在加工支架上，模型中心线与机床x轴平行，考虑到机床需要摆头，加工主模型的中心线应尽量在y轴方向的中间位置，x轴同样留出摆头空间。定义加工坐标系。第一次粗加工选用Φ32镶齿球头铣刀，首先留1mm加工余量，采用10mm的大步距进行加工，然后检查主模型整体的加工情况，并将主模型缺料处补充完整。第二次粗加工用Φ20整体合金刀具进行加工，采用负余量过切形式进行加工，过切量2mm，步距采用2mm，然后仔细检查主模型的加工情况，用树脂将较大的气孔补料并清理平整。接下来，同样用过切的方式进行清角加工，并用大于开缝线的刀具进行开缝线的过切加工，同时，仔细检查主模型的加工情况，根据具体情况进行小范围的手工精细处理，确定满意完成主模型的粗加工。 3.2 表面处理与精加工 利用树脂糊进行模型加工的主要缺点是：难以去除表面的气孔，从而模型的表面精度不能满足要求。为满足主模型加工精度的要求，选用新型树脂材料。这种材料可以涂刷，特点是：附着力很强，表面精度高，可以弥补涂刷表面的微小缺欠，并且没有气味。 在加工主模型的应用中，主模型粗加工后，利用上述树脂材料精细涂刷，确定达到要求厚度时，进行主模型的半精加工。采用税O的整体合金刀具余量为0.8mm，步距2mm。加工后精细检查加工情况，以确定是否满足精加工条件，如果出现缺料现象则及时补料。 精加工是主模型的加工关键，它需要机床长时问的运转，在精加工时采用高速加工方式。在加工精度和加工效果上，最终结果都非常好。在局部处理上应用了五轴联动的加工模式，提高了加工的精度和效率，同时也验证了机床后置处理的正确性。 3.3 局部加工方法 为了便于加工，在实例主模型的加工中，将主模型的后视镜、水箱面罩和车门拉手单独进行加工。其加工难度比较大，模型不但是异形曲面形成的几何体，而且在最终加工时，没有任何的装夹和固定位置，六面全都需要加工。在加工时，应用石膏做最终加工的固定载体成功地完成了加工，找到了加工的新途径。在形成车身的构件连接的逢线处，根据加工需要，通过增加CAD辅助数据的方式，解决了很多数控加工的技术难题。 4 新型机床的功能及后置处理的编译 加工用的五轴联动数控加工中心，具有现代高速加工的电子主轴，转速高(可达24000r／“n)、并具有整体冷却回路和HsK高速锥柄。电主轴上装有集成电路传感器，可以记录任何振动现象，而且可以计算电主轴的热特性，利用智能运算法则进行补偿。采用矢量控制技术，也就是由闭合控制回路控制。 机床采用FIDIA软件控制系统。由于软件的控制系统有着一定的优势，它更适合补偿综合误差和功能强大的程序的前瞻功能。前瞻功能可以保持最佳的轴进给速度、进给加速度和最佳的路径变换；可保持规定的动态精度曲线；可识别拐角，及时降速。使加工速度不超过机床的运行特性范围。 可见，机床更适合于高速加工。一个新型机床在对机床功能、操作了解之后，针对机床和应用的加工编程软件制作合适的后置处理是相当重要的。机床的后置处理就是要根据指定机床运动结构和控制指令格式，将cAM软件产生的刀位原文件转换成机床各轴的运动数据，并按其控制指令格式进行转换，成为数控机床可识别的数控代码文件。 由于机床在多坐标加工时，实际刀位的运动是由多个平动轴和一个或多个转动轴运动合成的，不同的数控机床有不同的运算形式，所以制作后置处理的第一步是对机床运动形式的选择，然后是技术参数定制、旋转轴超限时的处理、数控系统定制、NC数据具体内容的定义，最后获得符合数控设备的后置处理器。 5 结语 简单的定义来概括高速铣削是很难的，因为其涉及的问题太多，更好地利用现代刀具材料的效率、极大地提高切削速度，从而提高切削效率及加工精度一直是加工者所希望的。加工主模型时，在高速加工的应用上，采用高于20000r／rnin的转速，同时采用高于20000mm／IIIin的进给速度，比如在主模型侧围的精加工中，接近10000m的走刀程序，用常规的加工方法需要35h；而采用高速加工时，加上机床数控系统在程序换向进行必要的自动缓冲减速所占用的时间，走刀的实际时间不到12h，效率提高3倍。(end) |
