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客车车身三维计算机造型设计及模型制作 |
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作者：湖南大学 曹立波 肖迪虎 肖志 |
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摘要：介绍客车车身的三维造型开发技术——利用UG软件对车身三维计算机模型进行分块及编程，在数控铣床上加工出客车车身1∶1泡沫模型。
关键词：客车车身；三维造型；模型制作
随着客车设计及制造水平的不断提高，以手工绘制客车效果图及制作模型的传统车身设计方法已逐渐被以计算机技术为基础的现代车身设计方法所取代。现代车身设计中大量采用CAD/CAM技术，具有传统设计方法无法比拟的优点，主要表现在:
(1) 提高设计精度。车身造型完成后，即建立了车身外表面的数学模型并存入数据库，经计算机管理便可以多方共享，为生产准备、工装设计制造提供方便、详细、准确的原始依据，消除了中间数据的转换，使模具加工的精度大大提高，并可消除凸凹模之间的研配，使调试、修改的工作量大为减少。
(2) 提高设计和加工效率，缩短设计和制造周期。一方面，车身表面数学模型可直接用于冲模设计，提高冲模设计成功率；另一方面，模具的制造可以通过直接引用CAD 模型进行数控加工，从而大大提高模具制造的速度。
(3) 可以方便地将造型设计建立的CAD数学模型用于车身设计中的各种分析。造型设计中建立的CAD数学模型可用于车身的强度、刚度有限元分析，车身覆盖件成型模拟分析，碰撞安全性分析和空气动力特性模拟分析，并进行必要的修改，从而使结构设计的可信度大为提高。
(4) 在原设计基础上改型和换型比较容易。
1客车车身三维造型设计
在计算机造型设计技术(CAS)应用方面，国外大汽车公司及设计公司已建立了相当规模的成套硬件、软件系统，运用三维CAD/CAM技术替代了以“主图板、主模型”为主的传统设计方式；使用ALIAS软件或者Pro/E的CDRS软件，从概念草图生成、二维渲染到三维表面生成、修改、三维渲染、检测等都在计算机上完成。费时费力的油泥模型已很少制作。传统方法只有在做出油泥模型后才能评价，而CAS可随时评价三维计算机模型，而且模型师、结构设计师、模具设计师可以早期介入造型工作。传统方法修改方案很费时，CAS修改方案很容易，适于做出多方案优选，并且大大减少了模型制作工作量。当然，“替代油泥模型”并不是不要物理模型。为了验证设计效果以及决策层最后定型的需要，可将三维计算机模型数控加工出1∶1的车身模型来。
目前，国内使用较多的计算机三维造型设计软件有3D2MAX、PRO/E、UG、ALIAS、RHINOCEROS等。RHINOCEROS软件建模方便快捷，适用于汽车车身造型的三维建模，本文的客车车身造型建模即使用该软件。
图1某客车造型设计线框图
通过构造客车外表面五大片的线型特征，即可生成车身设计曲面，再通过局部细节刻划，即可得到形象逼真的车身设计方案。图1为某客车造型设计线框图；图2为其经过渲染后的造型效果图。本车型在造型开发过程中，采用了流行的大弧面小圆角过渡的整体风格，前围挺拔流畅，车灯沿前围弧线上挑，既起到将前围与侧围融为一体的作用，又使车灯造型别具一格，栩栩如生。后围造型中则部分体现了目前在小车设计中最流行的新锋锐硬边造型风格，通过两条弧线和一尖角打破后围的单调结构，将后尾灯组合得更具特色。
图2经过渲染后的客车造型效果图
2客车车身模型制作
模型制作是汽车造型设计中不可缺少的环节。
三维实体模型不仅可以给人直观形象，便于评价、修改及生产检验，而且也可直接利用模型进行一些前期试验工作，如风洞试验等。因此，尽管现代计算机造型设计技术已大大减少了手工设计和制作模型的工作量，但实体模型的制作仍然不可完全取代。当然，在现代计算机造型设计过程中，制作模型的大量手工劳动也已由计算机和数控加工设备所取代。
在外观造型设计基本确定后，可将计算机造型模型转化到一些具有数控加工模块的计算机软件中，如常用的UG软件，再通过数控编程，即可加工出所需的三维实体模型。
制作模型常用的材料有工程塑料、优质木材、油泥、泡沫塑料等。对于制作1∶1的大客车模型而言，使用工程塑料、优质木材、油泥价格都过于昂贵，且由于大客车车身曲面相对简单，使用泡沫塑料制作模型比较适合。
由于大客车结构尺寸较大，一般的数控加工设备的加工区域难以满足整个模型一次加工完成，且加工模型用的材料也很难满足整体加工的尺寸要求，因此，在数控加工模型之前，往往需要对模型进行分块。合理的分块既可使得加工方便，又可以减少材料浪费。图3为在某小型铣床上加工的大客车前围模型的分块图，分块工作在UG软件中完成。图4为加工完成并使用专用泡沫胶粘贴完成后的前围1∶1模型。
图3某大客车前围模型的分块图
图4加工完成后的客车前围1∶1 模型
3结束语
利用计算机进行客车车身三维造型设计并在数控铣床上加工出1∶1 客车车身模型的方法大大加快了客车车身的开发速度，提高了客车车身设计的可信度，减少了设计中可能存在的隐患。
参考文献:
[1]兰凤崇. 汽车车身计算机辅助造型技术[M ] 吉林：吉林科学技术出版社，1992
[2] 陈炜，林忠钦1 汽车CAD/ CAM 技术应用研究[J ] 汽车技术，1999 (3)
[3] 唐荣锡1CAD/ CAM 技术[M]. 北京：北京理工大学出版社，1990(end)
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(9/6/2007) |
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