隨著汽車工業(yè)不斷進步，人們對汽車的審美意識和個性化需求也越來越高，激烈的市場競爭推動著汽車產(chǎn)品的高速發(fā)展，汽車模型制作己成為新車型開發(fā)中不可缺少的關鍵環(huán)節(jié)，是汽車造型設計在效果圖的基礎上構思進一步完善的過程。汽車模型的制作是多工種、多技能的綜合體現(xiàn) , 在模型制作階段，制作過程選擇高效的數(shù)控加工中心不僅能夠完成設計質(zhì)量需求，同時能夠高效制作模型，為汽車短周期研發(fā)提供有力保障。
一、汽車主模型的種類和制作特點
汽車主模型從早期的效果圖開始，經(jīng)過泡沫體態(tài)模型，油泥模型，仿真模型，風動模型，色彩模型，驗證模型，驗證臺架及空間驗證模型的效果驗證，最終完成汽車造型的定義并批量生產(chǎn)。
1.汽車模型的主要制作類型
1）油泥模型 : 是車身設計中用油泥雕塑的汽車車身模型。1972 年美國通用汽車公司將油泥應用到汽車設計開發(fā)模型上。對大多數(shù)世界知名車公司而言，制作油泥模型是設計過程中非常重要的一個環(huán)節(jié)。油泥模型分為造型油泥模型和風洞油泥模型，造型油泥模型完成產(chǎn)品定義 ; 風洞油泥模型完成車輛的風阻測試評定。
2）色彩模型:汽車造型的零件進行色彩定義，對模型的色彩設計及搭配進行評審并做出決策，對不和諧的色彩重新設計或加以改進，使內(nèi)、外飾色彩達到更佳的效果。
3）驗證模型 : 驗證汽車實車數(shù)據(jù)的正確性、有效性和可信性的研究與測試過程。一般包括兩個方面 : 一是驗證所建模型即是建模者構想中的模型 ; 二是驗證所建模型能夠反映真實系統(tǒng)的行為特征 ; 有時特指前一種檢驗。
4）仿真模型 : 是指建立在汽車設計建模后，CAS 經(jīng)過油泥模型確認后，制作相對應硬質(zhì)模型進行外觀確認和評審，后期根據(jù)評審意見進行相應外觀的修改和優(yōu)化。典型汽車模型的制作階段和周期如圖 1 所示。
2.汽車模型的主要制作特點
（1）汽車模型材料要求制作加工比例為 1:1，模型外表面材料為糊狀可加工樹脂，局部部件可用塊狀樹脂或 ABS，樹脂密度不得小于 0.6kg/ m3，該材料應具有 :
1）尺寸穩(wěn)定，對溫度和濕度變化不敏感 ;
2）運輸過程中表面不易損壞 ;
3）可獲得很好的表面精度并可保持不變形 ;
4）模型表面的可加工樹脂厚度須保持在30~40mm 左右 ;
（2）汽車模型質(zhì)量及精度要求
1）數(shù)控加工中加工刀具（直徑 Φ20mm 球刀）步距應≤ 0.60mm，表面波峰與波谷差值應≤ 0.02mm;
2）模型加工后，銑刀紋要保持連續(xù)光順、過渡平滑、色澤均勻，模型表面不允許有未加工面 ;
3）模型銑削加工后，表面上不得有氣孔砂眼、斑狀脫落等缺陷 ;
4）模型裝配后噴漆前，模型零部件加工尺寸應滿足設計數(shù)據(jù)，尺寸公差 ±0.3mm，模型零部件裝配規(guī)定的空間位置、間隙和面差，復位基準精度≤ 0.05mm;
5）色彩模型和仿真模型車身表面按甲方提供的造型色彩效果涂裝 ; 表面涂裝要求 : 刀痕輕微打磨，不保留加工效果，漆膜應均勻、光滑，無流掛、微粒、纖維及桔皮狀，不允許有可見的針孔沙眼。驗證模型刀痕不允許打磨，保留加工效果，后期模型底灰噴涂處理。
二、汽車模型使用數(shù)控加工中心選型的主要參數(shù)
針對汽車模型加工技術特點和要求，對數(shù)控加工中心（見圖 2）的主要參數(shù)進行梳理，主要數(shù)控加工中心重點參數(shù)為 : 數(shù)控加工中心床身結構 ; 高速電主軸參數(shù) ; 數(shù)控系統(tǒng) ; 測量系統(tǒng) ; 使用環(huán)境要求。
1. 汽車模型數(shù)控加工中心的結構件參數(shù)選擇
汽車模型的尺寸 : 長度方向約 5000mm; 寬度方向約 1800mm; 高度方向 1600mm。采用立式工作臺固定的高架橋龍門5軸5聯(lián)動數(shù)控機床，可配備各種規(guī)格五軸頭，其結構靈活性使其特別適合加工模型類零件 : 整體大型模型加工（如汽車、船舶、軌道車輛、航天）; 飛機結構件 ; 復合材料高速加工。
（1）直線軸參數(shù)
根據(jù)汽車尺寸參數(shù)，結合數(shù)控加工的刀具行程，確定數(shù)控加工中心的軸行程（見表 1）。
表 1 加工中心的行程參數(shù)
電主軸回轉中心到工作臺平面的最小距離為250mm 帶正壓防塵光柵尺的 X-Y-Z 軸定位精度
（2）數(shù)控加工中心床身結構零件的要求
機床床身結構件的確定 : 為了獲得直線軸最佳的動態(tài)性能，所有移動部件的設計計算均考慮到重量、剛性和減振等因素。結構件要預先進行有限元分析設計（見圖 3），然后借助結構設計的專有軟件，分析各軸的頻率響應和加工模擬，進一步優(yōu)化結構設計，從而實現(xiàn)各種的動態(tài)響應、精度和剛性的最佳匹配。
（3）數(shù)控加工中心結構零件的應力處理
結構件采用電焊鋼材料。如圖 4 所示，結構件在焊接成型后，先進行去除應力熱處理。粗加工后、精加工前，進行進一步的消除應力處理，以消除結構件內(nèi)部的最終殘余應力，確保機械部件維持穩(wěn)定的幾何精度。
（4）數(shù)控加工中心驅動軸的間隙補償和 A、C 軸結構
驅動軸可以采用直驅伺服電機和齒輪傳動方式。直驅方式結構簡單、無磨損、噪聲低、維護方便。齒輪傳動方式響應速度相對滯后，后期調(diào)試和維保需要對間隙進行相關補償工作。
1）齒輪傳動的間隙補償方式機床各軸驅動（背隙補償）機床所有的伺服軸 (X) (Y) 和 (Z) 都是通過雙電機驅動斜齒輪 -齒條傳動系統(tǒng)實現(xiàn)的。電子反向間隙補償是借助數(shù)字驅動在兩個齒輪間產(chǎn)生一個機械預載（機械耦合）。系統(tǒng)驅動一個齒輪稍稍領先于另一個，由此實現(xiàn)預載。其優(yōu)勢就是不需要任何調(diào)整，因為一個齒輪始終領先于另一個，這樣就自動彌補了齒輪和齒條間產(chǎn)生的磨損。齒輪傳動補償示意圖如圖 5 所示。
2）數(shù)控加工中心 A、C 軸結構雙軸主軸頭 由兩個極坐標 A/C 構成，兩軸均由力矩電機驅動，以獲得最好的動態(tài)性能。其非對稱結構可確保性能、剛性和重量的最佳組合。主軸一側包含帶氣動夾緊系統(tǒng)的 A 軸電機，液壓和氣動連接，和 A 軸檢測。C 軸和 A 軸都可在任何位置氣動夾緊定位。C 軸和A 軸電機由恰當匹配的冷卻系統(tǒng)進行循環(huán)冷卻，以確保在任何運行工況，工作穩(wěn)定。
2.高速電主軸的選型
電主軸 ELECTROSPINDLE 24000 rpm(D.02.96JF): 該型號主軸是模型加工中特別配置的高速電主軸，由專門的冷卻回路保持恒溫。換刀時，主軸錐孔壓縮空氣吹氣保護。高速電主軸的選型參考如表 3 所示，主軸功率扭矩圖如圖 7所示。
表 3 高速電主軸的選型參考
3.數(shù)控系統(tǒng)的選型
五軸數(shù)控加工系統(tǒng)綜合性能較好的型號是 :FANUC31I; HEIDENHAIN iTNC 640; 西門子 840D。以海德漢系統(tǒng)為例，海德漢 iTNC640HSCI 數(shù)控系統(tǒng)和同型號驅動原件能夠最大限度發(fā)揮出機床機械和所配驅動的特性。模型五軸加工需要數(shù)控系統(tǒng)提供相應的功能 :
①海德漢實時操作系統(tǒng)，顯示 PDF 文件。圖紙，工藝指令直接在數(shù)控系統(tǒng)中打開 ;
② iTNC 6400 中直接訪問互聯(lián)網(wǎng)，內(nèi)置瀏覽器 ;
③在 iTNC 640 中能直接打開多種文件格式且能用相應編輯器編輯，部分格式文件 ;
④文本文件（.txt，.ini）; 圖形文件（.gif，.bmp，.jpg，.png）; 表（.xls，.csv）; 網(wǎng) 頁文件（.html）;
⑤標準化的操作系統(tǒng)對話框顯示格式 ;
⑥設置防火墻，提供更高數(shù)據(jù)安全性。
4.汽車模型數(shù)控加工中心測量系統(tǒng)的選型
加工中心的測量系統(tǒng)分為工件測量系統(tǒng)和刀具測量系統(tǒng)，為數(shù)控加工的模型質(zhì)量和數(shù)控切削參數(shù)提供數(shù)據(jù)支撐。
（1）工件測量系統(tǒng)的選型
接觸式測頭能夠在加工過程中和加工結束后自動檢測工件，從而可以更精確地控制工件精度，顯著提升加工精度及生產(chǎn)效率。可實現(xiàn)以下功能 : 工件 / 夾具預定位 ; 測量監(jiān)測加工去除量 ; 加工過程中檢驗 ; 加工結束后尺寸核驗。接觸式測頭采用無線傳輸，可自動更換夾持刀柄，檢測系統(tǒng)管理軟件可從機床程序內(nèi)自動調(diào)加載程序。RENISHAW RMP60 接觸式測頭HSK-A-63 刀柄 包含海德漢檢測循環(huán) (D.10.24.H)。標配探針直徑 φ6 mm，長度 50mm。
（2）刀具測量系統(tǒng)的選型
激光對刀系統(tǒng)可以精確可靠地完成以下任務 : 刀具長度 ; 刀具半徑 ; 刀具破損檢測可以直接由數(shù)控系統(tǒng)加載并管理對測量值的自動補償。最小檢測長度 120mm，最大檢測直徑 300mm。測量系統(tǒng)附件包含 : 激光單元固定到機床上的支架 ; 信號處理系統(tǒng) ; 管理軟件 ; 用于修改和補償?shù)奶厥廛浖h(huán)。
5.汽車模型數(shù)控加工中心使用的環(huán)境要求
汽車模型加工中心（代木 油泥 ）咨詢電話：13522079385
三、結束語
隨著技術和裝備的引進不斷的提升，國內(nèi)模型制作水平已經(jīng)縮小了與國際模型先進地區(qū)的差距。作為模型制作的核心裝備，除了在數(shù)控加工裝備選型上參數(shù)不斷細化外，必須正確定位汽車模型的加工類型和范圍，這樣才能選定出適合企業(yè)需求的設備型號。同時從技術水平上和管理水平突破，使得汽車模型實現(xiàn)短周期、高質(zhì)量、低成本的目標。東風技術中心在 2017 年使用高速加工中心后，累計完成模型 52 臺，機床開動率保持 58%，完成 12 類車型的開發(fā)，為東風自主品牌研發(fā)提供了有力的保障。
