汽车油泥模型数控加工技术分析

宁晓东 张霓

摘要：随着人们生活水平的提高，汽车已经成为人们的主要代步工具，在此形势下，汽车造型设计成为汽车设计中的重要部分，油泥模型不仅能够体现出汽车车身设计思想和设计方案的具体细节，还便于汽车造型设计方案的修改和评选，在汽车设计中已经得到广泛的应用。本文将对数控加工技术对汽车三维数学模型的要求以及刀具轨迹的生成，探究分析出数控加工技术在汽车油泥模型中的具体应用策略。

关键词：油泥模型;数控加工技术

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2018）05-0135-02

在当前的设计领域中，计算机技术已经得到广泛的应用，由于汽车设计中，传统的车身设计方法存在着诸多不便，逐渐提出将数控技工技术应用于汽车油泥模型设计过程中，以期数控加工技术的引入能够有效提高造型设计质量和效率，实现产品的高效开发。

1 数控加工技术对三维数学模型的要求

汽车外表面主要由三维自由曲面组成，多数为修剪曲面，所以在汽车油泥模型建立中，对其技术要求较高。在数控加工造型展示模型中，三维表面数学模型为油泥模型的基础，设计人员在利用计算机辅助造型技术和逆向工程技术建立汽车数字模型过程中，需要满足一定的条件要求。以下我们将以德国MORA公司中运用的三轴数控铣床为例，在其数控加工和三坐标测量的功能基础上，分析数控加工技术对三维数学模型的要求。

首先，在建造汽车三维数学模型过程中，一定要准确测量其表面数据，在最大程度上减少误差，使测量数据能够提高其应用效果，并将造型设计人员的思想反映出来。其次，要明確模型表面的边界，在同一曲面中要具有均匀的曲率变化，而在相邻曲面中则需要曲率变化尽量平缓化。最后，曲面间作为汽车车身外表面具有的唯一的公共边界，曲面剪裁要具有一定的科学性，从而促进整个汽车车身外表面分块的合理化。除此之外，汽车车身外表面的过渡面要进行自然调配，保证整个模型的光顺，才能满足数控加工技术对三维数字模型的要求（如图1）。

2 刀具轨迹的生成

数控加工刀具轨迹的生成是加工油泥模型的关键步骤，在此过程中，铣削加工参数、技工方式等因素不仅是数控加工文件生成的前提基础，而且对数控加工技术的质量和效率具有直接性的影响作用。在生成刀具轨迹的过程中，主要有德国MORA公司可移动式油泥铣削机床和UG软件中两种计算机辅助加工模块，其中UG软件中的计算机辅助加工模块能够生成两轴到五轴刀具的加工程序，具有较强的刀具轨迹生成功能，但是其对三维表面数学模型的要求十分严格，在参数设置上也比较复杂，而且在转换机床数据的过程中存在着一些技术性的缺陷，因此一般不考虑此计算机辅助加工模块。德国MORA公司的可移动式油泥铣削机床中，其自带的计算机辅助加工模块具有三轴刀具和五轴刀具的两种加工程序，而且其生成的刀具轨迹经过相关检测确认无误之后能够直接用于后续的加工操作中，其在加工过程中具有良好的应用效果，因此，本次研究将采用德国MORA公司可移动式油泥铣削机床自带的计算机辅助加工模块完成刀具轨迹的生成。在此过程中，还需考虑以下几个方面的问题。

2.1 检查表面

为了保证刀位点铣削加工轨迹的正常，在生成刀具轨迹之前，要对汽车外表面的曲面进行全面详细的检查，检查曲面的方向是否一致，曲面之间接合的间隙是否在加工容差之内以及曲面片之间的边界是否唯一等方面，确认无误后才能进行刀具轨迹的生成工作。

2.2 选择走刀方式

众所周知，汽车外表面为自由曲面，其中大多数曲面为修剪面，其相邻的曲面之前都是通过过渡面连接在一起的，因此在进行刀具轨迹生成过程中，走刀方式的选择十分重要，等参数走刀方法在汽车外表面很难取得良好的效果，为了提高刀具轨迹的生成质量，采用多曲面等间距加工方法具有一定的可行性。

2.3 选择刀具

在自由曲面的数控机床加工过程中，通常会采用球头铣刀进行加工，在此过程中，针对不同的加工目的和实际情况，分别使用不同直径的球刀，主要有3mm、10mm和20mm三种尺寸。首先，在对自由曲面机体加工和粗加工过程中，使用直径较大的球刀，以便于快速除掉多余的材料;在精加工过程中，通常会参考自由曲面的表面曲率半径，选择半径小于或者等于所要加工曲面曲率半径的球刀，从而保证加工出来的模型能够将数学模型形状充分的体现出来。除此之外，在刀具痕迹生成过程中，要采用科学合理的走刀速度和吃刀深度，促进另加工面的光滑和均匀。

3 数据加工技术在汽车油泥模型的具体应用

在油泥模型的加工过程中，主要有基体加工、粗加工和精加工三部分，在不同阶段，油泥模型的加工特点也有所不同，而数控加工技术在汽车油泥模型中的应用措施也有所不同，以下，我们将根据油泥的特点，对不同加工阶段的数控加工技术进行分析。3.1油泥模型的基体加工

油泥模型的基体加工主要是指木质骨架上粘贴泡沫塑料的加工，通常情况下，外表面的数学模型比木制框架的外廓尺寸稍大，约100mm左右，将泡沫材料粘贴在木质框架上，首先要将泡沫材料充满木制骨架的外表上，保证泡沫与木质骨架结构之间以及泡沬和泡沫之间要粘贴的可靠性。然后，在泡沫材料粘贴完成后，停放24小时之后再进行后续的加工，以保证泡沫材料的粘贴效果。在泡沫材料的粘贴过程中，由于泡沫本身的形状特点，其粘贴厚度会出现不均匀的现象，针对此情况，可以采用手锯修正其表面，P斜卓多余的部分。在基体加工轨迹过程中，主要具有两个步驟，一是将加工余星设直为0mm，_是将加工余星设直为-30mm，然后除掉多余的泡沫材料，为糊油泥留出一定的空间。以上准备工作完成之后，接下来可以进行加工。首先使用螺栓将木质骨架固定在加工支架上，使模型的摆放尽量保持水平，并保证其中心线与机床的X轴处于平行状态，然后对加工坐标系进行明确，合理设置刀长和基准点，最后通过机床自身具有的相关功能来完成刀具轨迹的生成，并同时进行铣削（如图2）。

3.2 油泥模型的粗加工

完成油泥模型的基体加工之后，下一步是进行粗加工的准备工作，此过程主要包括糊油泥、刀具轨迹生成以及具体加工三个阶段。首先，在进行糊油泥之前，先打扫干净木质框架上的泡沫材料碎屑，避免影响到油泥的粘贴效果;然后在泡沫基体表面扎上长度约60mm的长铁钉，并使泡沫表面与长铁钉顶端相隔35mm，作为厚度参照;最后再在泡沫基体上进行糊油泥操作，在此过程中，要保证油泥厚度与长铁钉顶端距离一致，均匀涂抹并不覆盖长铁钉，糊完油泥之后将所有长铁钉取出并将铁钉孔进行修补。接下来进行刀具轨迹生成，在此过程中要保证其加工余量为5mm。完成刀具轨迹生成之后，可以进行加工操作，加工所用的基准点和坐标系要与基体加工时的基准点和坐标系保持一致，如果更换新的刀具，要进行重新定义刀长。

3.3 油泥模型的精加工

在油泥模型的精加工过程中，为了保证尺寸的精确化，一定要对相关的加工参数进行仔细确定。对三维数字模型的外表面曲率半径进行准确测量，然后根据其数值选择使用的刀具尺寸，在进行模型加工过程中，根据实际情况使用3mm或10mm的球刀，加工结束之后，造型设计人员要对加工效果进行评估调整。

4 数控加工技术在汽车油泥模型中的应用效果

在加工轨迹生成工作中主要采用德国MORA公司的可移动式油泥铣削机床机床自带的计算机辅助加工模块，而在工作过程中则通过ALIAS软件来完成外表面数学模型的生成，因此，两者之间需要进行数据转换和传递。针对此情况，使用IGES来进行数据转换和传递，具有良好的效果。根据汽车外表面数学模型，加工出其具体比例为1 ：1的前保险杠以及比例为1 ：5的整体车形油泥模型，具有很好的参考效果。在此过程中，通过一些其他项目的加工操作，数控加工技术在汽车油泥模型中的应用已经形成一系列有效的方法和步骤。

5 结语

综上所述，为了提高汽车造型设计水平，在造型设计中应用数控加工技术具有一定的可行性，其主要是利用三维数学模型来加工出汽车的油泥模型。在数控加工技术的应用中，设计人员主要是利用计算机辅助造型技术和逆向工程技术来将汽车造型设计方案生成三维数学模型，根据数学模型的效果再对汽车油泥模型进行评估和修改，从而有效提高汽车油泥模型的设计效果和水平。

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