1 引言

　　汽車工業(yè)的發(fā)展離不開先進(jìn)和便捷的檢測技術(shù)。如今單個(gè)零部件檢具的生產(chǎn)開發(fā)已經(jīng)趨于成熟。對于單個(gè)零部件的檢測手段也日益多樣化。但是這類檢具無法有效地檢測各零部件之間的配合，在整體檢測方面存在明顯的劣勢。于是在汽車制造領(lǐng)域，汽車匹配主模型檢具的概念應(yīng)運(yùn)而生，既能實(shí)現(xiàn)單個(gè)零件檢具對于尺寸、粗糙度值等方面的檢測，又可以彌補(bǔ)其無法檢測整體配合的不足。對于汽車匹配主模型檢具而言，由于其技術(shù)性能要求高、制造精度高、加工難度大，附加值也較高，但與此同時(shí)也導(dǎo)致介入門檻較高。目前在國內(nèi)尚處于起步階段，技術(shù)尚不成熟，現(xiàn)對面向汽車匹配主模型檢具的大型薄壁件加工工藝開展研究。

　　2 大型薄壁件概念及加工難點(diǎn)

　　對于大型薄壁件，目前還沒有—個(gè)十分明顯的界限。一般認(rèn)為長寬尺寸遠(yuǎn)大于厚度的工件，即可稱為大型薄壁件。這類零件具有重量輕、節(jié)約材料、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，已日益廣泛地應(yīng)用在各工業(yè)部門。由于薄壁零件剛性差、強(qiáng)度弱，加工中極易變形，導(dǎo)致加工難度較大，難以保證零件的加工質(zhì)量.如何提高薄壁零件的加工精度已經(jīng)是業(yè)界普遍關(guān)心的話題。就目前而言，薄壁件一般采用數(shù)控加工。因而需對工件的裝夾、刀具幾何參數(shù)、程序的編制等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以有效克服薄壁零件加工過程中出現(xiàn)的變形，從而保證加工精度。

　　3 汽車主模型檢具加工藝

　　汽車匹配主模型檢具是根據(jù)汽車外形CAD數(shù)據(jù)制成的標(biāo)準(zhǔn)汽車白車身的檢具，主要部件有4門、頂棚、前后2蓋、翼子板、前后保險(xiǎn)杠、前散熱隔柵等。與汽車一樣，汽車主模型檢具存在許多復(fù)雜的曲面，厚度遠(yuǎn)小于長寬尺寸，平均厚度4mm，局部區(qū)域只有0.8mm,是典型的大型復(fù)雜形狀薄壁件。由于它是非沖壓制造的高精度白車身及內(nèi)飾，不能像汽車零件一樣通過板料的沖壓成形，通常是通過整塊鋁合金銑削加工而成。加工難度大，實(shí)際加工時(shí)有許多難點(diǎn)需注意。對此，現(xiàn)以汽車匹配主模型檢具中的內(nèi)門板為例(見圖1)，詳細(xì)介紹面向汽車匹配主模型檢具的大型薄壁件的加工工藝。內(nèi)門板形狀復(fù)雜，是主模型檢具中較難加工的部件。

　　圖1 內(nèi)門板

　　3.1 材料選擇

　　采用整體法加工大件時(shí)，由于結(jié)構(gòu)問題難以拼接，需選擇超大超厚材料。但對于如尺寸約為1400mmX1200m的工件，最薄處可能僅為3～5mm時(shí)。工件加工后變形量大。雖可采用適當(dāng)?shù)臒崽幚矸绞揭越档妥冃瘟浚绻倪x擇不合適，只會(huì)增加材料費(fèi)和加工費(fèi)，且使制造周期延長。綜合考慮以上幾點(diǎn).對于內(nèi)門板選用6061鋁合金型材。

　　3.2 加工設(shè)備選擇

　　與普通機(jī)加工一樣，汽車匹配主模型檢具的加工也分粗加工、半精加工、精加工和清根等幾個(gè)步驟。在粗加工過程中，采用傳統(tǒng)的三軸機(jī)床進(jìn)行加工。但當(dāng)被加工工件深度超過400mm時(shí)，即便使用非常好的三軸機(jī)床和切削刃具，z軸(即深度方面)還是很難保持剛性。且還有許多清根的部位需要用小直徑的刀具進(jìn)行。因此，在精加工內(nèi)門板這類主模型檢具的大型薄壁工件時(shí)，必須采用合適的五軸加工設(shè)備。

　　3.3 工藝路線選擇

　　在加工主模型檢具時(shí)，對某些關(guān)鍵部件必須制定合理的工藝路線，它決定了該部件所需材料的大小和加工周期。常用的工藝路線主要有斜放基準(zhǔn)方式和平置基準(zhǔn)方式。

　　如果基準(zhǔn)面是平置方式，其加工方式要容易許多。可采用盤銑刀通過粗、精銑削而成。然而，一旦采用斜放基準(zhǔn)方式。由于需采用層切的方式加工成形，加工難度較大且難以保證平面度。對于這種方式，基準(zhǔn)面粗加工時(shí)通常利用三軸機(jī)床加工而成，精加工時(shí)則使用五軸機(jī)床采用法向加工的方式加工而成，可保證平面度在0.02/1000mm以內(nèi)。

　　由于內(nèi)門板外形尺寸大、細(xì)節(jié)繁多，考慮采購難度和成本因素，通常采用斜放基準(zhǔn)的工藝路線，但這也造成加工上的難度增加。

　　3.4 工藝基準(zhǔn)選擇

　　3.4.1 分型面選擇

　　由于面向汽車匹配主模型檢具的大型薄壁件無法在—個(gè)工步內(nèi)完成，分型面的選擇決定了內(nèi)門板加工的工位。一般可基于以下原則來進(jìn)行：

　　(1)分型面的易加工性。這是考慮的首選因素。

　　(2)分型處的隱蔽性。即在數(shù)模上觀察其型面的交線。盡可能選擇在棱角處，這樣保證分型面的不顯現(xiàn)。

　　(3)分型面的一貫性。即考慮分型后刀具銑削刀路的一致性，保證加工表面的整體質(zhì)量。

　　(4)分型面的區(qū)域性。即考慮分型面的功能部分使加工后表面錯(cuò)落有致。能體現(xiàn)同一工件的不同功能區(qū)域。

　　基于上述原則，對圖1所示內(nèi)門板將其分4個(gè)區(qū)域：車門面、車窗部分、車門與車窗連接部分以及車門與車身連接部分，并以此來確定分型部位。

　　3.4.2 輔助基準(zhǔn)選擇及原則

　　在加工內(nèi)門板的時(shí)候.由于選用的是斜放基準(zhǔn)的工藝路線，車門自身的工藝基準(zhǔn)已不能滿足加工時(shí)的需要，需要添加輔助基準(zhǔn)使加工能順利進(jìn)行。圖2所示為設(shè)計(jì)后帶有輔助基準(zhǔn)的內(nèi)門板。對比圖1可以看出，其中增加了許多圓柱形的輔助基準(zhǔn)以及方形的工件找正基準(zhǔn)。

　　圖2帶有輔助基準(zhǔn)的內(nèi)門板

　　輔助基準(zhǔn)的增加，主要是為了便于加工。因此，其設(shè)計(jì)和選用一般應(yīng)遵循以下原則：

　　(1)可加工性。輔助基準(zhǔn)一般是在粗加工階段產(chǎn)生的，在粗加工階段采用三軸機(jī)床加工，這樣就必須使輔助基準(zhǔn)容易加工，要有良好的可加工性。

　　(2)放置原則。輔助基準(zhǔn)是工件不需要的部分，在放置時(shí)應(yīng)盡量使其對工件的影響最小。一般要求輔助基準(zhǔn)放置在工件厚度較厚的地方.這樣便于在去除基準(zhǔn)時(shí)使其對工件的影響最小。有時(shí)候甚至可以放在工件外部或某些便于加工的特征體上(如原有的工藝基準(zhǔn))。另外還應(yīng)注意盡量不要放在曲面上，而要放置于平面上。

　　(3)穩(wěn)定性。輔助基準(zhǔn)的作用主要是用于固定工件、方便加工，因此工件的穩(wěn)定性非常重要。基準(zhǔn)應(yīng)盡量拉開，如圖3所示，在工件中心附近設(shè)計(jì)2個(gè)輔助基準(zhǔn)。這樣的基準(zhǔn)數(shù)量少，便于后期的清除。但由于基準(zhǔn)過于集中，基準(zhǔn)在加工時(shí)要承受很大的應(yīng)力，且2個(gè)點(diǎn)的穩(wěn)定性不好。如果按照圖4所示方法設(shè)計(jì)輔助基準(zhǔn)。4個(gè)基準(zhǔn)在工件4個(gè)點(diǎn)受力，不僅能很好地承受加工應(yīng)力，而且具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性。應(yīng)注意在特殊位置加裝輔助基準(zhǔn)，如圖4所示的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)，雖然很好地保證了加工時(shí)的穩(wěn)定性，但在工件中心易出現(xiàn)回彈等情況，導(dǎo)致誤差加大。為減少由于輔助基準(zhǔn)帶來的誤差，應(yīng)采取圖5所示的方法，在工件中心增加—個(gè)輔助基準(zhǔn)。從而達(dá)到既穩(wěn)定又減少誤差的效果。

　　(4)易裝夾。由于工裝夾具的一些局限，在設(shè)計(jì)輔助基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)注意盡量滿足工裝夾具的要求。合理分配輔助基準(zhǔn)。

　　3.4.3 輔助基準(zhǔn)處理

　　輔助基準(zhǔn)不是產(chǎn)品所需的，在加工進(jìn)行到最后一步，需將其清除。去除輔助基準(zhǔn)時(shí)。需利用原有的工藝基準(zhǔn)。對于內(nèi)門板，應(yīng)先利用外側(cè)的輔助基準(zhǔn)固定車門，去除內(nèi)側(cè)多余的基準(zhǔn)，再通過內(nèi)側(cè)原有的工藝基準(zhǔn)，去除外側(cè)的輔助基準(zhǔn)。

　　3.4.4 工件找正選擇

　　由于選擇了輔助基準(zhǔn)，加上原有的工藝基準(zhǔn)，在加工內(nèi)門板時(shí)就有2套不同的基準(zhǔn)，原有的工藝基準(zhǔn)所在的坐標(biāo)稱為汽車坐標(biāo)，產(chǎn)品數(shù)模中使用的是該坐標(biāo)。但在加工時(shí)，所使用的是輔助基準(zhǔn)所確立的坐標(biāo)系，與汽車坐標(biāo)系不同，可稱之為加工坐標(biāo)系。為了讓設(shè)備能確定新坐標(biāo)系的位置，需要對工件找正。此時(shí)，需對定好加工坐標(biāo)系的X,Y,Z軸的工件找正，在各向加工出一個(gè)輔助基準(zhǔn)面，從而使設(shè)備能夠定位。最后，在精加工去除輔助基準(zhǔn)后，回歸到汽車坐標(biāo)系下。

　　4 結(jié)束語

　　隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和人們生活水平的提高，汽車工業(yè)正蓬勃發(fā)展。為發(fā)展我國的汽車工業(yè)，汽車匹配主模型檢具的發(fā)展刻不容緩，而大型復(fù)雜形狀鋁合金薄壁件的加工工藝正是主模型檢具發(fā)展的核心。以內(nèi)門板為例，介紹了面向汽車匹配主模型檢具的大型薄壁件在工藝路線的制定、材料的選擇以及數(shù)控加工工藝的編排等方面可采用的技術(shù)方法，在汽車匹配主模型檢具制造中取得了實(shí)質(zhì)性效果。