客車車身三維計算機造型設(shè)計及模型制作

ainet.cn 2009年02月20日

現(xiàn)在客車設(shè)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(tǒng)車身設(shè)計方法已逐漸被以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代車身設(shè)計方法所取代?，F(xiàn)代車身設(shè)計中大量采用CAD/CAM技術(shù)，具有傳統(tǒng)設(shè)計方法無法比擬的優(yōu)點，主要表現(xiàn)在:

(1) 提高設(shè)計精度。車身造型完成后，即建立了車身外表面的數(shù)學(xué)模型并存入數(shù)據(jù)庫，經(jīng)計算機管理便可以多方共享，為生產(chǎn)準(zhǔn)備、工裝設(shè)計制造提供方便、詳細(xì)、準(zhǔn)確的原始依據(jù)，消除了中間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)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(diào)試、修改的工作量大為減少。

(2) 提高設(shè)計和加工效率，縮短設(shè)計和制造周期。一方面，車身表面數(shù)學(xué)模型可直接用于沖模設(shè)計，提高沖模設(shè)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(jìn)行數(shù)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(shè)計建立的CAD數(shù)學(xué)模型用于車身設(shè)計中的各種分析。造型設(shè)計中建立的CAD數(shù)學(xué)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(jìn)行必要的修改，從而使結(jié)構(gòu)設(shè)計的可信度大為提高。

(4) 在原設(shè)計基礎(chǔ)上改型和換型比較容易。

1客車車身三維造型設(shè)計

在計算機造型設(shè)計技術(shù)(CAS)應(yīng)用方面，國外大汽車公司及設(shè)計公司已建立了相當(dāng)規(guī)模的成套硬件、軟件系統(tǒng)，運用三維CAD/CAM技術(shù)替代了以“主圖板、主模型”為主的傳統(tǒng)設(shè)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(tǒng)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(jié)構(gòu)設(shè)計師、模具設(shè)計師可以早期介入造型工作。傳統(tǒng)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(yōu)選，并且大大減少了模型制作工作量。當(dāng)然，“替代油泥模型”并不是不要物理模型。為了驗證設(shè)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(shù)控加工出1∶1的車身模型來。

目前，國內(nèi)使用較多的計算機三維造型設(shè)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。

圖1某客車造型設(shè)計線框圖

通過構(gòu)造客車外表面五大片的線型特征，即可生成車身設(shè)計曲面，再通過局部細(xì)節(jié)刻劃，即可得到形象逼真的車身設(shè)計方案。圖1為某客車造型設(shè)計線框圖；圖2為其經(jīng)過渲染后的造型效果圖。本車型在造型開發(fā)過程中，采用了流行的大弧面小圓角過渡的整體風(fēng)格，前圍挺拔流暢，車燈沿前圍弧線上挑，既起到將前圍與側(cè)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(xiàn)了目前在小車設(shè)計中最流行的新鋒銳硬邊造型風(fēng)格，通過兩條弧線和一尖角打破后圍的單調(diào)結(jié)構(gòu)，將后尾燈組合得更具特色。

圖2經(jīng)過渲染后的客車造型效果圖

2客車車身模型制作

模型制作是汽車造型設(shè)計中不可缺少的環(huán)節(jié)。

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(chǎn)檢驗，而且也可直接利用模型進(jìn)行一些前期試驗工作，如風(fēng)洞試驗等。因此，盡管現(xiàn)代計算機造型設(shè)計技術(shù)已大大減少了手工設(shè)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(dāng)然，在現(xiàn)代計算機造型設(shè)計過程中，制作模型的大量手工勞動也已由計算機和數(shù)控加工設(shè)備所取代。

在外觀造型設(shè)計基本確定后，可將計算機造型模型轉(zhuǎn)化到一些具有數(shù)控加工模塊的計算機軟件中，如常用的UG軟件，再通過數(shù)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(yōu)質(zhì)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(yōu)質(zhì)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(jié)構(gòu)尺寸較大，一般的數(shù)控加工設(shè)備的加工區(qū)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(shù)控加工模型之前，往往需要對模型進(jìn)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。