数字化技术在汽车设计制造中的应用初探

杨俊杰

摘要：随着人们生活水平的提高，汽车成为人们出行的重要交通工具。这也极大推动了我国汽车制造业的发展。当前我国制造业正逐步朝着“中国智造”的方向发展，机械制造的智能化与网络化水平正逐步提高。其中，数字化技术在汽车生产制造领域得到了广泛的应用。为此，本文就汽车设计制造领域中关于数字化技术的常见应用方法进行概述，以期为国内汽车制造生产工作提供参考。

关键词：汽车;生产制造;数字化技术

在汽车制造业中一项关键流程就是汽车设计制造工艺，将影响到汽车结构的合理性以及整车性能，关系到汽车的安全性、操作稳定性、平稳性等性能。为此，重视汽车设计制造环节，提升汽车产品质量是汽车企业面临的主要课题。在激烈的行业竞争中汽车制造企业要积极引入新技术，提升产品研发效率，优化汽车性能，提升汽车产品的市场竞争力。近年来数字化技术在汽车制造业中发挥出非常重要的作用，猝死了汽车产品的生产效率与制造精度。

1、关于数字化技术的概述

当前，我们已迈入数字化时代，数字化技术得到了大量的推广，人们的生活也有了显著的变化。所谓数字化技术就是利用计算机系统、多媒体、数据库等先进技术，并从生产需要出发，迅速获得有关数据信息，并对产品相关信息加以分析处理，在此基础上开展产品的外观及结构设计、性能模拟、生产制造等工作[1]。这样能在较短时间内生产出符合市场需求的产品。随着计算机技术的迅猛发展以及大量软件的研发制作，随之形成了计算机辅助设计系统。该系统的关键部分是数据库，搭配的是交互图形系统软件，拥有强大的数据计算与分析能力。在汽车设计制造过程中运用数字化技术可以在二维或三维空间里进行，精准性较高，而且也能明显提升生产效率，确保汽车产品质量。

2、数字化技术在汽车设计环节的运用

2.1逆向工程技术

作为数字化技术中的核心技术之一，逆向工程技术多用于产品设计环节，比如，汽车、飞机、家电等产品的研发设计阶段就会应用到[2]。这项技术的应用提升了新产品的设计速度与生产效率。因此，在快速改造原产品或快速仿制原产品时经常会用到逆向工程技术，以确保在短时间内完成产品更新。具体来讲，这项技术的设计就是反向开展的，在搜集到有关数据信息后形成一张较为抽象的自由曲面，然后通过曲面反求软件完成反求设计，再将获得的参数，最后在实体化设计软件中运用上述参数完成最终设计。需要注意的是，此项技术对激光快速成型制造工藝产生了显著的影响，所发挥出的作用也更大。

2.2非接触式三坐标测量技术

近年来国内汽车设计环节中主要采用三坐标测量技术，明确坐标信息，以确保设计模型的精准性与可靠性。汽车设计师的设计灵感通常源自外部与内心两个层面，再基于产品研发目的以及设计创意完成汽车产品的详细设计方案。在此过程中会运用油泥塑造技术制作出预期的汽车模型，然后获取汽车模型对应的三维数据，一般需借助三坐标测量机。就三坐标测量机来说，包括接触式与非接触式两种。相较于接触式，非接触式的优点更多，不仅测量效率高，而且使用范围广，已大量运用到汽车模型设计工作中。本文所获得的汽车车身三维数据正是选用了非接触式三坐标测量机完成的。获取的数据必然会带入噪声点，特别是存在于尖角与边缘附近部位的噪声点较为明显。同时，曲面重建算法一般会受到经激光扫描获取的大量数据的干扰，因此必须处理好有关数据。目前，初步处理点云这项功能大部分测量系统软件都有，不仅能处理异常数据与噪声数据，而且也能完成数据的整合、遗点补充等工作，从而使数据三角面片化[3]。因此，为达到设计要求，一般可将获取的信息做简化处理，再完成后续处理，包块截面获取与坐标变换。

3、在汽车覆盖件模具设计中的运用

数字化技术在汽车覆盖件模具设计环节中也发挥出积极的作用。所谓拉延模型的设计是在覆盖件产品三维模型上创新设计其边界。通过数字化软件系统可完成下列设计工序：拉延筋、压料面、工艺补充面、凹模圆角等。完整的拉延模型面几何模型是由拉延筋、压料面、工艺补充面以及覆盖件产品模型构成的。

3.1在拉延模型面设计中的运用

就工艺补充面的设计工作来说，最重要的是先确定冲压方面，尽量确保所有部位的拉延深度基本一致，便于拉延成形。压料面的常见设计方法包括边界法、延展法、扫描法。拉延筋的设计流程分为三步：首先，生成二维特征曲线，像半圆弧。然后，利用扫描技术获取拉延筋曲面，最后，连接拉延筋与两边的光滑曲面，在此过程中会用到旋转圆角。拉延筋尺寸大小需结合实际需求来确定，设计凹模圆角的流程如下：找到工艺延伸面与压料面的相交线，在此部位完成倒圆角变尺寸的处理操作。圆角大小应根据相关金属流动性来确定[4]。

3.2在拉延模结构设计中的运用

凹模、凸模、压边圈属于拉延模结构设计环节中的主要内容，这三方面的设计高度应视压力机的具体特点来确定。凹模设计流程包括四步：首先，制作出凹模二维特征轮廓曲线。然后，通过拉伸作业形成实体，根据拉延模型除掉多余的部分。之后完成布尔计算，仔细处理相关局部特征，如挖孔、建凸台、建导柱、增加肋板等。在此基础上完成倒角作业，制作出凹模、凸模、压边圈。最后，设计零部件，包括顶杆、垫块、挡料销等。

4、数字化技术在汽车模具制造中的运用

4.1关于工件与刀具的设置

将上文提到的汽车覆盖件模具信息存储好，采用统一格式。同时，在数字化设计软件中录入上述数据，完成对原材料、工件毛坯与原点进行加工。先点开工件设置选项，完成工件的相关设置操作，并将毛坯尺寸的外形设定好，设立加工坐标系。随后，将有关参数进行适当调整，包括刀具号、下刀量、冷却量等。另外，对刀具名称及刀具材料进行检查与整理。

4.2 NC刀具轨迹的生成

数字化设计软件中有很多不同的走刀模式。根据模具特点宜选择平行切法，不仅代码少，而且可以减少加工时间，确保加工质量。在上述程序结束后系统就会迅速生成刀具轨迹，刀具离散处理需采用刀位点的形式，再进入数控程序加工环节。值得注意的是，数控加工作业中，如果球头铣刀半径明显超出曲面的曲率半径时易引起过切现象，此时应对参数进行调整再继续加工作业。另外，刀具半径若大于刀位点到曲面的距离，则在操作中也易导致误差。对于过切问题，通常可采取抬刀或绕行的办法处理[5]。随后通过程序继续加工，要确保模具下模的坐标系应与机床的坐标系一致，多通过坐标变换法实现上述操作，之后完成模具的初加工。

4.3后置处理代码的生成

一般在软件的公用管理模块中开展加工报表的制作工作。在制定报表时需主要参考的信息包括坐标系、刀具说明、数控系统的换刀指令等。报表完成后应仔细核查，改正失误之处。

5、结语

总之，汽车在今天已成为越来越多家庭的生活必需品。如今公众在购买汽车产品时不仅关注产品的外观、价格，更关注产品的质量与舒适性。为满足消费者的多元化购买需求，汽车制造企业在生产汽车的过程中必须把控好所有细节，并借助数字化技术，将这一先进的技术运用到汽车制造的各个环节中，提升汽车制造效率与汽车产品质量。

参考文献

[1]谢吉祥.数字化技术在汽车设计制造中的运用探究[J].计算机产品与流通，2019，（3）：80-80.

[2]周志鸿，杨平安.数字化技术在汽车设计制造中的应用分析[J].南方农机，2019，（24）：38-38.

[3]张 龙，马 仪.汽车设计制造中数字化技术的应用[J].时代农机，2018，（4）：221-221.

[4]张 倩，邢桃艳.数字化技术在汽车设计制造中的应用分析[J].城市建设理论研究，2016，（15）：682-682.

[5]王书林.数字化技术在汽车设计制造中的应用[J].工业设计，2016，（4）：168，170.