|
汽车与公路设备 |
|
| 按行业筛选 |
|
|
| 按产品筛选 |
|
|
| |
|
查看本类全部文章 |
| |
|
|
|
|
客车油泥模型的制作及测量 |
|
|
作者：西安公路交通大学 高利 陈斌 李荣跃 关家午 李轶东 |
|
摘 要：通过客车缩比油泥模型制作材料对比分析，提出了油泥模型制作方法及测量方法。用这种方法制作油泥模型简单方便、成型容易、成本低廉且可长期保存。根据所提出的测量方法，利用大型CNC数控三维坐标测量机对油泥模型进行测量，可得到准确的客车造型数据，为客车造型设计、客车CAD和客车产品的研制开发提供了直观、科学快速的设计方法。
关键词：客车 油泥模型 设计 测量
1 引言
在市场经济和科技日益发展的今天，客车设计技术和制造水平不断提高。为适应市场对客车提出的新要求，客车设计也突破了传统的程序，迈向自主开发、适应目标市场和提高设计效率的新时代。典型的客车设计程序如图1所示。
图1 客车设计开发程序
由图1可见，在客车开发过程中，确定符合功能、审美和市场要求的客车造型曲线是极其重要的，而模型的制作及测量则是其中的关键环节。
缩比油泥模型的制作是设计前沿中至关重要的一步。其目的是用实物再现造型设计的思想，验证效果图的立体效果，进行优化和方案论证，还可用以对比性风洞试验。对所选定造型模型进行三维坐标测量及处理，可高效准确地得到造型曲线曲面坐标数据，直接用于客车CAD而提高设计水平。
2 模型的设计和制作
油泥模型的设计制作流程包括市场调查及材料选用、经费概算、车轮车轴及附件的制作、胎架的制作、成型及精修和色彩处理等过程。
2.1 模型材料的选用
可制作客车油泥模型的材料主要有：油泥、龙骨、泡沫等。
目前常用的油泥材料主要有以下几种。第一种是工业粘土(滑石粉)60％，柔性粘结剂(油脂即黄油)30％，固性粘结剂(石蜡或凡士林)10％。第二种是蜡9％～10％，硫磺50％～55％，灰9％～10％，油脂(黄油)20％～25％，树脂、颜料少许。第三种是建筑用油泥，成分为粘土和桐油等。
不同的油泥具有不同的物理化学特性，第一种油泥在制作时固性粘结剂与柔性粘结剂的比例随地域的变化难以控制。第二种油泥的成分复杂，且油泥的膨胀系数随温度变化大，不适合长期保存。第三种油泥使用方便，成本低廉，粘性好，可塑性好，容易成型，而且干燥后可固结便于存放和测量；只是该种油泥有轻微的毒性，置干过程较长，且必须放置于通风清凉处，以免产生裂纹和高温产生“流样”，故在使用过程中需要注意。
龙骨即为条形木，用于制作胎架及底架，承受各种载荷和安装车轴。对于不同比例的油泥模型，龙骨的截面尺寸可以不同。
选用泡沫做胎基是因为它具有质轻、胎架的制作及成型方便等优点。
2.2 车轮车轴及附件的制作
模型车轮要直接作为承载件，所以必须考虑选用合适的制作材料。车轮制作可用铝材加工出来，再粘贴适当色彩的布干胶，但是其轮辋难以加工成形。另外还可用木材或者石膏加工而成，再行图案加工。这些方法加工车轮都受工艺条件的限制，费用较高而其外形不十分逼真。为克服这些不足，本次采用“外敷法”制作车轮。用这种方法，先在内部使用承载材料按规格尺寸制作胎芯，其厚度约为胎宽的1/3，再在其外敷容易成型的油泥，最后在油泥上精细雕刻轮胎花纹。这样，即可在简易的条件下制作出既能承载而又外形逼真的车轮。
模型车轴亦作为承载件，主要承受较大的弯矩，因此可选用钢材，如A3钢，按设计尺寸结合车轮轮孔加工而成。
附件的制作包括后视镜、刮水器、标徽等的制作，可选用木质或者其它容易雕刻的材料雕刻而成，附件制作要精细，以免影响油泥模型整体造型。
客车缩比油泥模型的比例一般选用1∶2、1∶5、1∶10和1∶20等。
2.3 胎架的制作
根据所设计客车的总体参数，制作尺寸合适的木质底架以安装车轴及承受各种载荷。图2表示了底架的安装位置。由图2可见，木质底架的尺寸要合理，前后长度应不影响整车造型，左右宽度要保证在挖切空槽后回填时不导致塑料泡沫的过大外膨胀。
按设计制好底架，在相应位置安装前轴和后轴。在木质底架上涂色。将泡沫块置于木质底架上，使木质底架的形状印于泡沫板上。接着便可以在塑料块上进行“切槽”。切槽时要注意控制槽的深度，以满足最小离地间隙为标准。将切好的槽内浸涂乳胶，使其形成一层较硬的膜，以防止在制作油泥模型或对其保存的过程中由于塑料泡沫的塑性变形而使整个模型离地间隙变小。将制好的带车轴的木质底架安装于塑料泡沫块已切好的槽中，淋以乳胶粘结牢实，再进行泡沫的回填。
将安装好木质底架的泡沫块水平安放于网格坐标平台上。依据初定车身总布置图、造型曲线图和效果图，把泡沫块粗略地切削出大致形状。切削时要保证有一定的油泥敷贴厚度(至少5mm)，以便后期成型细雕。
图2 胎架构造示意图
2.4 成型及精修
敷油泥前，为使油泥中的气泡溢出，需要先在平板上用力揉搓，同时可使油泥混合更为均匀。将揉搓过的油泥从中间分别向车模的头部和尾部一层接一层的敷贴。敷贴时要用力适当，既保证油泥层与层之间的贴合又不使整个模型因用力过大而变形，直到敷贴的油泥使模型超出初设计曲线2～5mm时为宜。接着便依据高度测量仪结合设计用工具刀进行切削，使之表面大体光滑，形状大体相似。
车身雕刻的基准是车身坐标网格，因此必须在车身表面绘制坐标网格线。由龙门雕刻架或划线仪来做此项工作甚为方便；无龙门雕刻架时，可采用标尺定位，弹击绘出车身坐标网格线的方法。
油泥模型精修是在模型基本符合总布置曲线图及效果图后进行的。在精修的过程中要依据个人的主观感受、审美观和视觉差带来的各种艺术效果进行，力求使整个车身表面曲率过渡平稳，表面光滑。还要征求有关专家意见，使模型更加完美。前风窗、侧窗、乘客门、驾驶员门、行李箱和油箱等细部的雕刻要注意线条的粗细均匀，凹凸适度，以使油泥模型具有逼真的效果。精修要集中在适合于雕刻的时间内完成，以防止因油泥表面硬结而致使在精修时产生裂纹。
2.5 油泥模型的表面色彩处理
油泥模型的表面色彩处理在国外常用高弹性的彩色粘膜，在受条件限制时可采用表面喷漆处理。做好的油泥模型表面要经过数次刮腻子、精细砂磨后再喷漆。喷漆时要注意做到两点：第一是喷漆均匀不流漆；第二是色彩不干涉。保持适当的喷漆距离是喷漆均匀的关键；而不干涉的要领是进行非喷漆表面的覆盖。
3 油泥模型的测量
随着CAD/CAM技术的广泛应用，数控三维坐标测量机的普遍应用便成为必然趋势。目前不仅在国外，而且国内各主要汽车制造厂都已广泛使用了数控测量技术，尤其在车身的设计和制造过程中应用更加普遍。
3.1 MT3 2040型三维坐标测量机简介
MT3 2040型三维坐标测量机主机由法国MFO公司制造，控制部分由青岛QITECH公司合资生产，设备达国际90年代先进水平。
MT3 2040型三维坐标测量机是大型水平臂CNC数控测量机，它是融光学、机械电子技术和计算机技术等为一体的高精度、高效率、万能性的精密测量设备。它可通过控制系统和计算机及其相应软件联接，对被测量件的坐标进行测量和分析，适合于模型、模具及产品的测绘，尤其在汽车工业中应用更加广泛，例如可对车身外表曲线进行测绘，以及与客车CAD系统联接。
MT3 2040型三维坐标测量机测量范围为： X向6 000mm， Y向1 500mm， Z向2 000mm；测量不确定度为： X 向0.04+L/40 000mm， Y向0.03+L/15 000mm， Z向0.03+L/15 000mm(其中L为测量长度)。
3.2 测量准备工作及精度保证
做好测量前的准备工作是圆满完成测量任务和保证测量精度的前提条件。测量的准备工作主要包括：A)对被测量物体的测量前准备；B)对实验室的测量前准备；C)对测量机的测量前准备。
对被测量物体的测量前准备主要是熟悉设计图纸，拟定测量方案，确定测量具体对象即需要测量的要素，对被测量物体的温度控制，被测量物体的安放等。控制被测量物体的温度在允许的范围内是为了保证测量的精度，因此必须在测量前预先将被测量物体移至测量实验室，以维持允许的恒温；对被测量物体的安放要遵循“阿贝测长原则(即串联原则)”，也是为了保证测量精度。
对实验室的测量前准备主要包括对温度、湿度的控制和对电源、气源的检查。实验室的温度是影响测量精度的最主要的外部因素，故而应按照“CMMA”标准控制实验室温度和湿度。对测量机的测量前准备主要包括：对测量机导轨的清洗，选择合适的测头及测杆附件进行安装，对测头进行校验。安装测头时要注意按下紧急停键，轻拿轻放，用力适当，安装完备后需要运行以检测测头的保护功能是否正常；测头理论上是标准的，但实际是有误差的，因此为了保证精度而对测头进行“三维不确定度”校验是必须的。校验方法是用测量规对标准球进行测量进行的。
3.3 测量步骤
用三维坐标测量客车油泥模型的步骤如下：
(1)接通电源，打开UPS电源开关。
(2)打开计算机，启动WINDOWS平台运行测量软件。
(3)建立工件坐标系：建立工件坐标系的方法很多，在对汽车(模型)进行测量时，通常是按照GB 1449—84关于车身坐标系的规定将工件坐标系定义到车身(模型)上。例如对某客车油泥模型的坐标系建立为：
图3 模型坐标系构造示意图
先确定一个面PL1，一条线LI1，一个点PO1；将LI1投影于PL1上是LI2；将PO1投影于PL1得PO2。以PL1的法矢为Z向轴，即PL1为XY平面，LI2为X轴，移动PO2到前轮中心为原点。这样建立坐标系就是模型的坐标系如图3所示。
(4)建立新项目，调用测头及工件坐标系文件。
(5)利用操作盒进行“自学习测量过程，以后便可以编写需要的程序自动进行重复测量。
(6)运行程序，打印结果。
(7)关机及整理工作：将测量机退回原位，按顺序关闭测量机及有关电源，清理现场。
3.4 测量结果处理及分析
用三坐标测量机对客车油泥模型的测量形成数据文件，其中存放着造型的数值信息，为以后的计算机辅助设计提供初始数据。将该数据读入CAD中加工处理后，便可以与原来的设计理论值进行比较，以评判优劣，或者对模型进行修改，或者对原有的设计进行完善。鉴于微机CAD的广泛普及和C语言的强大功能，我们编写了CAD接口软件。
该接口软件是ADS程序，而编写ADS程序需遵循一定的规则。用户则应着眼于外部函数的实现过程，然后在Main()函数中加入指向外部函数的函数指针，当一接到AutoLISP请求执行外部函数，则程序转入dofunc()模块执行外部函数。
数据被成功读入CAD并生成事先指定的视图后，就可以利用CAD本身的各种功能，如B样条、平移、旋转等。我们编写的接口软件外部函数部分主要解决了数据的读入与视图生成。其结构流程如图4所示。由CAD接口软件可以处理及分析设计值与理论值之间的差别以便使设计更优化。例如对某客车缩比油泥模型的某剖面曲线测量结果误差分析如图5所示。
图4 数据处理流程
——测量曲线 ……原设计曲线
图5 测量曲线与原设计曲线的比较
(差值放大5倍)
4 结束语
在实际工作中，制作客车油泥模型所用的材料及方法不尽相同，但实践证明文中所述方法是可行的，对模型的坐标测量与CAD接口可直接生成客车CAD图，十分方便高效。可以预言，这个领域将随着科学的发展而日新月异。
参 考 文 献
1 马芳武主编.汽车造型.长春：吉林科学技术出版社，1992
2 雷雨成等编.汽车车身设计与制造.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1996
3 许喜华主编.工业造型设计.杭州：浙江大学出版社，1986
4 兰凤崇编著.汽车车身计算机辅助造型设计.长春：吉林科学技术出版社，1992
5 石云爱.浅谈车身油泥模型制作中要注意的几个问题.客车技术与研究，1996(6)
6 曹四平.轿车车身颜色和涂料的发展.客车技术与研究，1996(8)
7 刘志明.微型轿车车身主模型的工艺设计与制作.汽车技术，1996(6)
8 于乃江.用C开发ACAD12.0-ADS程序设计指南.北京：国防工业出版社，1995(end)
|
|
| 文章内容仅供参考
(投稿)
(如果您是本文作者，请点击此处)
(3/4/2005) |
对 汽车与公路设备 有何见解？请到 汽车与公路设备论坛 畅所欲言吧！
|
