朱克憶

(湖南大學(xué)汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)沙 410081)

0 引言

在新車型的開(kāi)發(fā)流程中，制作整車造型模型是必不可缺的一環(huán)。設(shè)計(jì)師在草繪紙張和三維軟件中設(shè)計(jì)的圖樣經(jīng)過(guò)初步評(píng)審之后，需加工出多個(gè)小比例或等比例泡沫或油泥材質(zhì)車模，稱為粗模型。然后在加工出來(lái)的粗模型實(shí)物上由造型師手工精雕出三維軟件中難以設(shè)計(jì)出來(lái)的細(xì)節(jié)特征，最終的精雕車模經(jīng)過(guò)逆向設(shè)備獲得數(shù)字模型，用于后期的結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)。因此，造型車模既是設(shè)計(jì)新車型的工具，設(shè)計(jì)師在此模型上可添加、修改或刪除細(xì)節(jié)特征，也是供新車型定型評(píng)審的展示實(shí)物，評(píng)審專家可通過(guò)手觸、光照等手段來(lái)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)結(jié)果。目前，造型車模的主流加工方式是使用五軸數(shù)控加工中心銑削成型，由于造型車模型面靈活多變，毛坯造價(jià)較高、表面質(zhì)量要求高、加工周期短，且五軸數(shù)控加工編程比三軸數(shù)控加工編程復(fù)雜，因此，探討基于典型CAM軟件的造型車模五軸加工編程工藝及其模版化具有重要的實(shí)用意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 造型整體車模加工工藝分析

3箱轎車是目前家用車市場(chǎng)的主流車型之一，因此筆者以常見(jiàn)的3箱轎車等比例油泥造型模型加工為例來(lái)探討五軸加工編程工藝及其模版開(kāi)發(fā)問(wèn)題。

1.1 整車模型結(jié)構(gòu)要素工藝性分析

影響編程工藝的首要因素是待加工對(duì)象的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工藝要求。3箱轎車造型模型的加工要素一般包括以下幾部分，①車身型面，車身由大量光順的自由曲面構(gòu)成，主要又分為引擎蓋板、頂棚、行條箱蓋板、左右整體側(cè)圍板、前后保險(xiǎn)杠蓋板、左右翼子板、左右車門板等成型曲面。②車身的結(jié)構(gòu)功能面，主要包括各種裝飾件如門把手的安裝面、各種功能件如擋風(fēng)玻璃的安裝平面、臺(tái)階或槽等。③車身分縫線，主要指車身“四門兩蓋”等身外覆蓋件之間的分縫槽。造型車模加工的要點(diǎn)主要為:①特征加工完整無(wú)缺陷，曲面光順，無(wú)崩爛面現(xiàn)象。②接刀痕跡不允許在特征上，接刀痕跡高度不能超過(guò)0.03 mm。③加工表面光潔、刀紋清晰。④整車加工數(shù)據(jù)公差不能大于±0.1 mm。

1.2 毛坯制作及加工分析

了解和掌握毛坯的制作情況是編程的前期準(zhǔn)備工作。在新車型的造型設(shè)計(jì)階段，一般使用油泥來(lái)制作造型整車模型的毛坯。制作造型車模的毛坯，一般遵照如下流程:①將整塊聚氨脂泡沫膠接固定在木板上。②造型師手工切割出整車模型外形。③在五軸機(jī)床上精確銑削出余量為-10 mm的整車泡沫模型型面。④在負(fù)余量聚氨脂泡沫模型上逐層刮涂厚度約為15 mm的油泥，此厚度為15 mm的油泥模型即為造型車模加工用的毛坯。

1.3 工藝系統(tǒng)需求分析

造型車模使用普通壓板固定在機(jī)床工作臺(tái)上，一般無(wú)須設(shè)計(jì)專用夾具。

等比例造型車模長(zhǎng)度通常超過(guò)4 m，一般選用龍門式動(dòng)梁五軸數(shù)控加工中心這一類型的機(jī)床來(lái)加工。

油泥的切削性能良好，一般可使用排屑性能良好的專用油泥銑刀來(lái)加工。各工步使用的刀具類型及直徑大小如表1所列。

2 造型整車模型數(shù)控加工編程工藝分析

區(qū)別于結(jié)構(gòu)零件和模具零件的加工，造型整車模型的加工是典型的產(chǎn)品加工。所謂產(chǎn)品加工，就是使用機(jī)床加工的對(duì)象直接是產(chǎn)品而非其成型模具零件。在產(chǎn)品加工中，不可避免地會(huì)遇到負(fù)角面、內(nèi)凹槽等特征的加工，而這類特征的加工是三軸機(jī)床及三軸加工方式所不能解決的，必須使用五軸機(jī)床及相應(yīng)的五軸加工方式來(lái)加工整車模型。

另一方面，在新車模的造型設(shè)計(jì)階段，往往要加工很多個(gè)油泥模型，同一車型的油泥模型又往往只是局部區(qū)域的特征作了些許修改或調(diào)整，如果對(duì)每一個(gè)造型車模的加工都從頭到尾按數(shù)控編程的流程操作一遍，編程效率不高，而且一旦調(diào)換了編程工程師，不同的編程人員對(duì)造型車模加工編程的思路也會(huì)不同，這就會(huì)影響加工質(zhì)量的穩(wěn)定性，因此，研究并固化造型整車模型數(shù)控加工編程工藝，最終使用軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)開(kāi)發(fā)出數(shù)控編程工藝模版，是保證造型整車模型五軸數(shù)控加工質(zhì)量和效率的最佳手段之一。造型車模的加工工步一般按照以下流程進(jìn)行:粗清角→半精加工→精加工→清角→刻線，具體工步安排及詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表1所列。

表1 造型車模數(shù)控編程工藝表

3 基于PowerMILL和易語(yǔ)言系統(tǒng)開(kāi)發(fā)數(shù)控編程工藝模版

PowerMⅠLL是一款主要面向覆蓋件模具復(fù)雜三維型面加工的2.5～5軸數(shù)控加工自動(dòng)編程系統(tǒng)，具有一定的面向特征自動(dòng)化、智能化編程平臺(tái)基礎(chǔ)。易語(yǔ)言系統(tǒng)是一款國(guó)產(chǎn)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)靜態(tài)編譯功能，開(kāi)發(fā)的軟件基于Windows操作系統(tǒng)，具有通用性。

使用PoweMⅠLL和易語(yǔ)言系統(tǒng)開(kāi)發(fā)造型車模五軸加工數(shù)控編程工藝模版的總體思路描述如下:在PowerMⅠLL軟件中，按照表1造型車模數(shù)控編程工藝表的工藝參數(shù)，逐工步地計(jì)算各部位加工刀具路徑。每個(gè)工步的刀具路徑計(jì)算完成后，使用PowerMⅠLL軟件中的命令查看器，查看和復(fù)制該工步數(shù)控編程過(guò)程中的每個(gè)操作所對(duì)應(yīng)使用的命令。

在易語(yǔ)言系統(tǒng)中，首先通過(guò)鏈接模塊文件，建立起PowerMⅠLL軟件與易語(yǔ)言系統(tǒng)的內(nèi)部鏈接。接著使用易語(yǔ)言建立Windows窗口程序，設(shè)計(jì)編程工藝模版軟件操作界面，并將在PowerMⅠLL系統(tǒng)中復(fù)制得到的命令行添加到易語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)中設(shè)計(jì)的對(duì)應(yīng)按鈕代碼區(qū)中，點(diǎn)擊該按鈕后，即可執(zhí)行所需的系列化的操作。

油泥造型整車模型五軸加工編程工藝模版的開(kāi)發(fā)流程及具體步驟如圖1所示。

根據(jù)上述操作過(guò)程，開(kāi)發(fā)的造型車模五軸數(shù)控加工編程工藝模版如圖2所示。

新車型編程加工任務(wù)開(kāi)始時(shí)，將車型數(shù)模輸入到PowwerMⅠLL系統(tǒng)中，設(shè)置毛坯、安全高度、起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)等少量參數(shù)后，分別打開(kāi)刀具庫(kù)、編程工藝模版、機(jī)床庫(kù)，即可快速、標(biāo)準(zhǔn)地完成造型車模五軸加工編程。

圖1 造型車模五軸加工編程工藝數(shù)控庫(kù)開(kāi)發(fā)流程

4 結(jié)語(yǔ)

造型車模的數(shù)控加工編程工藝規(guī)范化是該類模型數(shù)控加工編程自動(dòng)化和智能化的基礎(chǔ)性工作。在商品化CAM軟件中，使用二次開(kāi)發(fā)工具制作成標(biāo)準(zhǔn)編程系統(tǒng)或參數(shù)化的編程模版，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工編程的自動(dòng)化和智能化，這樣可極大地提高數(shù)控加工編程的效率和質(zhì)量，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

圖2 造型車模五軸數(shù)控加工編程工藝模版

［1］ 李 舉.PowerMⅠLL軟件在葉輪加工中的應(yīng)用［J］.金屬加工、冷加工，2011(23):75-77.