分析数字化技术在汽车设计制造中的应用

程彩霞 马利华 黄河交通学院 河南焦作 454950



分析数字化技术在汽车设计制造中的应用

程彩霞 马利华 黄河交通学院 河南焦作 454950

【文章摘要】

时代的快速发展，使得汽车的社会需求量也大大提高，人们对于汽车产品的质量以及汽车产品的更新的速度也有更高的要求。为满足社会的需要及人们的需要，汽车制造企业必须想办法提升汽车产品质量、提高产品生产效率以及加快产品更新速度。这样，企业才能在激烈的市场竞争中具有较强的竞争力。数字化技术的诞生为汽车制造的发展创造了一个有利条件，使这一切成为现实。本文详细介绍了数字化技术的概念，以及数字化技术的理论基础，分析了数字化技术在汽车设计制造中的应用，包括了拉延模及拉延面等方面的设计，并且提出了汽车制造采用数字化技术所存在的优势。

【关键词】

数字化技术；汽车设计；制造；应用

最近几年，随着汽车制造业的快速发展，其市场竞争也越来越激烈，为了提高市场竞争力，企业必须加快新产品推出的速度。企业需要降低汽车生产成本，同时提高汽车生产的效率，并且要保证汽车的性能。在这个背景下，数字化汽车制造技术应运而生。数字化技术是先进的、科学的以及系统的现代科学技术。数字化技术在汽车制造的各个环节的应用较为广泛，较大程度上提高了产品生产的效率和质量，在汽车制造企业的发展过程中起到了重要而又积极的作用。

1 数字化技术的概念

二十一世纪，人们已经进入数字化时代，数字化技术也使人们生活的各个方面发生翻天覆地的变化。关于数字化技术，其是指借助于计算机系统、数据库以及多媒体等先进技术，结合实际生产的需要，快速进行相关信息的获取，对产品各方面的信息进行处理，以此来完成产品外观及结构的设计、性能的模拟以及生产制造，从而较快地制造出能满足客户需要的产品。

计算机的快速发展和相关计算机软件的大量研发，促进了计算机辅助设计（）系统的诞生。系统的最重要的部分是数据库，其采用的软件为交互图形系统，其具有较强的计算和数据分析能力。系统对于产品结构的设计可以在二维或者三维的空间里进行，具有较高的准确度，系统的应用使产品的生产效率与质量得到了较大程度上的提高，系统和数控机床及数控技术等一起为机械制造业中数字化的广泛使用创造了有利条件。

2 数字化技术应用于制造业的理论依据

数字化制造相比传统制造具有较大的优势：数字化技术能够系统地、独立地、灵活地对产品进行设计和制造，制造参数的数字化是其本质特征。其中，数字化技术最典型的特点是其具有分散性、独立性，能够将复杂的、不明确的相关信息进行具体化、详细化，并以数据的形式进行代替。并且，计算机制造学是数字化制造中的基本理论。

所谓计算机制造学，是指在建立各种设计模型的基础上，采用计算机对其几何数据进行计算，其中包括计算机智能运算的使用。通过计算机计算，将制造所需要的具体信息例如振动、声波以及力学等计算出来，再建立设计模型，对设计模型进行调整和修正。模型中的一系列信息用具体的数字进行表示，从而使模型变成包含大量数据信息的“系统”，实现产品设计制造时的精确性、灵活性和合理性。

计算机制造学涉及多方面的理论，其中计算机几何数据融合理论是其最关键的部分。计算机几何和组合几何、代数几何等都是解决制造中的几何问题的重要办法，而且均对产品制造中困难的处理起到了较大的作用。几何模型、空间计算、计算机模拟等都是其理论结构，其中包含了数据和信息融合的过程。信息和数据的融合实际上是对诸多信息进行整理合并，其处理的顺序应由低至高进行，在低层往高层递增的过程中，其信息抽象性也逐步增强。数字化技术中数据融合的办法包括信息互补以及传感器信息的传输。信息互补能够将现有的相关数据进行处理，进行优胜劣汰的选择，最终确定最为合理的产品设计方案。

3 数字化技术在汽车设计中的应用

就目前而言，在新产品的开发过程中，逆向工程技术是其中各种先进技术中的关键，在汽车、家用电器、飞机、摩托车等新产品的研发中被广泛应用，其能够将其他技术进行有效结合以及利用。新产品的快速设计及生产离不开逆向工程技术的应用。

逆向工程技术被普遍被应用于原有产品的快速改造或者快速仿制中，从而实现产品的快速更新，简单来说，逆向工程技术的设计是反向进行的，其根据该技术获取到的相关数据信息，制作出一张具有抽象性的自由曲面，接着利用曲面反求软件对其进行反求设计，然后把其引入或者等实体化设计软件中，进行相关设计。需要注意的是，逆向工程技术对于激光快速成型制造的影响越来越明显，其起到的作用越来越大。

除此之外，在开发新产品时，产品设计师一般会凭借自己的想象及构思来设计汽车产品原型，而且往往采用油泥塑造的方式，制造出理想的汽车模型。之后，利用三坐标测量机，获取汽车模型的三维数据信息。其中，三坐标测量机分为两种，其分别是非接触式及接触式。非接触式相比接触式具有一定的优势，比如其使用范围广、测量的速度快，在汽车模型设计中的应用更为广泛。本文针对的汽车的车身三维数据的获取就是利用非接触式三坐标测量机完成的。因为获取的数据都必定会将噪声点带入，尤其是位于尖角及边沿周边的位置的噪声点比较突出，并且通过激光扫描得到的大量数据信息也会对曲面重建的算法造成严重的影响，于是一定要处理其相关数据。因为大多数测量系统的软件自带对点云进行初步处理的功能，其中包括对异常数据及噪声数据的处理，以及还包括对数据进行整合、补充遗点、使其三角面片化等。所以，为满足设计的需要，可以对获得的数据进行简化处理，然后进行相关操作，比如变换坐标及获取截面等。

4 数字化技术在汽车覆盖件模具设计中的应用

数字化技术在汽车覆盖件模具设计中也得到了较为有效的应用。拉延模型的设计，是基于覆盖件产品的三维模型上进行，对其边界进行创造性设计。其凹模圆角、工艺补充面、拉延筋、压料面的设计均可以在数字化软件平台上进行。压料面、工艺补充面、拉延筋和覆盖件产品模型一起，组成了一个完整的拉延模型面几何模型。

4.1拉延模型面的设计

设计工艺补充面时，冲压方面的确定是第一步，尽可能保证各个部位具有相似的拉延深度，方便其拉延成形。设计压料面采用了三种方法，其分别是边界法、扫描法和延展法。拉延筋的设计步骤如下所示：第一、制作类似半圆弧的二维特征曲线；第二、通过扫描生成拉延筋曲面；第三、旋转圆角将拉延筋和两边的光滑曲面相连接。按照实际需求选择拉延筋尺寸的大小。进行凹模圆角的设计应按以下步骤进行：在工艺延伸面和压料面的相交线位置进行倒圆角变尺寸的处理，并且应该根据其金属流动性进行圆角大小的取值。

4.2拉延模结构的设计

拉延模结构的设计包括凹模、凸模和压边圈三大方面的内容。并且拉延模其三大方面的设计高度需要根据压力机的特点而定。以下是凹模设计的基本步骤：第一、创建凹模二维特征轮廓的曲线；第二、进行拉伸操作制造出实体，利用拉延模型除去多余的部分；第三、在以上基础上，进行布尔计算，对其局部特征进行细致处理，例如建凸台、挖孔、建导柱、增加肋板等；第四、进行倒角操作，制造出凹模、凸模以及压边圈；第五、进行垫块、顶杆、挡料销等零件的设计。

5 数字化技术在汽车模具制造中的应用

汽车自动化制造业也普遍采用了数字化技术，其不仅能够对模具进行动态仿真、展示加工的具体步骤，也能马上进行改变，其不但提高了模具设计和制造的效率，而且使复杂曲面的加工精度得到提升。

5.1工件和刀具的设置

将上文所提到的汽车覆盖件模具以统一的格式进行保存，并将其引入到数字化设计软件中，对工件毛坯、原材料及原点等进行加工。打开工件设置选项，对工件进行设置，对毛坯尺寸的外形进行设定以及创建加工坐标系，之后调整其刀具号、下刀量以及冷却量等相关参数，还应整理、检查刀具名称以及相关刀具材料。

5.2NC刀具轨迹的生成

在数字化设计软件中的走刀模式有许多种。按照模具的特征，适合采用平行切法，其不但能够保证加工的质量，没有较长的代码，而且能缩短加工的时间。完成以上程序后，系统会立刻将刀具轨迹制作出来，接着把刀具以刀位点的形式进行离散，操作完成后进行数控程序的加工。而且，需引起重视的是：假如数控加工采用的球头铣刀的半径比曲面的曲率半径更大，就会造成过切的状况。此外还需注意的是，刀具的半径如果比刀位点到曲面的距离更大，在操作过程中也会造成误差，比如过切，需要重新调整相关参数进行加工。已经产生过切的位置可以采用一些方法进行处理，比如绕行或者抬刀。之后利用程序进行加工，借助坐标变换的方法使模具下模的坐标系与机床的坐标系相吻合，才能实现模具的初步加工。

5.3生成后置处理代码

通过软件的公用管理模块进行加工报表的制定，报表的制定需要根据数控系统的换刀指令、坐标系、刀具说明等具体信息来定，在使用前还需做进一步的检查与修改。

6 结语

采用先进的数字化技术投入到汽车的设计及制造中，能够较大程度上节约汽车的设计、调试、制造等方面的时间，并且也能使汽车的生产成本降低。通过数字化技术，可以使汽车的质量及安全性得到保障，同时提高汽车制造多方面的要素，包括质量、精度和效率，有利于企业及汽车行业的快速发展。

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[7]王慧,李刚炎,崔卫华,杨丽颖.数字化设计制造技术在塑窗锯铣加工设备中的应用[J].制造业自动化,2003,10:60-62.

程彩霞，女（1982.3—），汉族，河南焦作人，本科，助教，研究方向：机械设计与自动化，汽车设计与制造

马利华，女（1982.10.19-），汉族，河南郑州人，本科，助教，研究方向:车辆工程汽车设计制造与维修

【作者简介】