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        客車車身三維計算機造型設計——余姚舜龍設計培訓王工教學

        客車車身三維計算機造型設計及模型制作

        摘要:介紹客車車身的三維造型開發技術利用UG軟件對車身三維計算機模型進行分塊及編程,在數控銑床上加工出客車車身1∶1泡沫模型。
        關鍵詞:客車車身;三維造型;模型制作
         
        隨著客車設計及制造水平的不斷提高,以手工繪制客車效果圖及制作模型的傳統車身設計方法已逐漸被以計算機技術為基礎的現代車身設計方法所取代?,F代車身設計中大量采用CAD/CAM技術,具有傳統設計方法無法比擬的優點,主要表現在:
         
        (1) 提高設計精度。車身造型完成后,即建立了車身外表面的數學模型并存入數據庫,經計算機管理便可以多方共享,為生產準備、工裝設計制造提供方便、詳細、準確的原始依據,消除了中間數據的轉換,使模具加工的精度大大提高,并可消除凸凹模之間的研配,使調試、修改的工作量大為減少。
        (2) 提高設計和加工效率,縮短設計和制造周期。一方面,車身表面數學模型可直接用于沖模設計,提高沖模設計成功率;另一方面,模具的制造可以通過直接引用CAD 模型進行數控加工,從而大大提高模具制造的速度。
        (3) 可以方便地將造型設計建立的CAD數學模型用于車身設計中的各種分析。造型設計中建立的CAD數學模型可用于車身的強度、剛度有限元分析,車身覆蓋件成型模擬分析,碰撞安全性分析和空氣動力特性模擬分析,并進行必要的修改,從而使結構設計的可信度大為提高。
        (4) 在原設計基礎上改型和換型比較容易。
         
        1客車車身三維造型設計
         
        在計算機造型設計技術(CAS)應用方面,國外大汽車公司及設計公司已建立了相當規模的成套硬件、軟件系統,運用三維CAD/CAM技術替代了以主圖板、主模型為主的傳統設計方式;使用ALIAS軟件或者Pro/E的CDRS軟件,從概念草圖生成、二維渲染到三維表面生成、修改、三維渲染、檢測等都在計算機上完成。費時費力的油泥模型已很少制作。傳統方法只有在做出油泥模型后才能評價,而CAS可隨時評價三維計算機模型,而且模型師、結構設計師、模具設計師可以早期介入造型工作。傳統方法修改方案很費時,CAS修改方案很容易,適于做出多方案優選,并且大大減少了模型制作工作量。當然,替代油泥模型并不是不要物理模型。為了驗證設計效果以及決策層最后定型的需要,可將三維計算機模型數控加工出1∶1的車身模型來。
         
        目前,國內使用較多的計算機三維造型設計軟件有3D2MAX、PRO/E、UG、ALIAS、RHINOCEROS等。RHINOCEROS軟件建模方便快捷,適用于汽車車身造型的三維建模,本文的客車車身造型建模即使用該軟件

        通過構造客車外表面五大片的線型特征,即可生成車身設計曲面,再通過局部細節刻劃,即可得到形象逼真的車身設計方案。圖1為某客車造型設計線框圖;圖2為其經過渲染后的造型效果圖。本車型在造型開發過程中,采用了流行的大弧面小圓角過渡的整體風格,前圍挺拔流暢,車燈沿前圍弧線上挑,既起到將前圍與側圍融為一體的作用,又使車燈造型別具一格,栩栩如生。后圍造型中則部分體現了目前在小車設計中最流行的新鋒銳硬邊造型風格,通過兩條弧線和一尖角打破后圍的單調結構,將后尾燈組合得更具特色。

        2客車車身模型制作
         
        模型制作是汽車造型設計中不可缺少的環節。
         
        三維實體模型不僅可以給人直觀形象,便于評價、修改及生產檢驗,而且也可直接利用模型進行一些前期試驗工作,如風洞試驗等。因此,盡管現代計算機造型設計技術已大大減少了手工設計和制作模型的工作量,但實體模型的制作仍然不可完全取代。當然,在現代計算機造型設計過程中,制作模型的大量手工勞動也已由計算機和數控加工設備所取代。
         
        在外觀造型設計基本確定后,可將計算機造型模型轉化到一些具有數控加工模塊的計算機軟件中,如常用的UG軟件,再通過數控編程,即可加工出所需的三維實體模型。
         
        制作模型常用的材料有工程塑料、優質木材、油泥、泡沫塑料等。對于制作1∶1的大客車模型而言,使用工程塑料、優質木材、油泥價格都過于昂貴,且由于大客車車身曲面相對簡單,使用泡沫塑料制作模型比較適合。
         
        由于大客車結構尺寸較大,一般的數控加工設備的加工區域難以滿足整個模型一次加工完成,且加工模型用的材料也很難滿足整體加工的尺寸要求,因此,在數控加工模型之前,往往需要對模型進行分塊。合理的分塊既可使得加工方便,又可以減少材料浪費。圖3為在某小型銑床上加工的大客車前圍模型的分塊圖,分塊工作在UG軟件中完成。圖4為加工完成并使用專用泡沫膠粘貼完成后的前圍1∶1模型。

        3結束語
         
        利用計算機進行客車車身三維造型設計并在數控銑床上加工出1∶1 客車車身模型的方法大大加快了客車車身的開發速度,提高了客車車身設計的可信度,減少了設計中可能存在的隱患。

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