摘 要：為了改進(jìn)前車燈檢測模塊的設(shè)計(jì)與制造方案，對前車燈加工與檢測模塊的設(shè)計(jì)難點(diǎn)進(jìn)行了分析，提出了模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案并裝備了前車燈模塊前側(cè)面開粗加工布置、對前車燈模塊進(jìn)行了二次開粗，半精加工和時(shí)效處理的加工布置，并給模塊制造工藝，數(shù)控加工工序進(jìn)行設(shè)計(jì)。應(yīng)用測試表明：該前車燈模塊設(shè)計(jì)方案具有很高的可靠性，且和鄰近模塊聯(lián)接面無色差、匹配度好、支持實(shí)際車燈和模塊之間的互換性等特點(diǎn)，可為相似產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：前車燈模塊; 主模型檢具; 開粗; 半精加工; 精加工

1、前車燈模塊結(jié)構(gòu)與檢測標(biāo)準(zhǔn)

前車燈模塊在汽車主模型中的位置比較特殊，其所處位置不僅與翼子板相連，還與前保險(xiǎn)杠、機(jī)罩模塊相連［1］。將此模塊安裝在汽車主模型框架上，可以展現(xiàn)車體中前大燈的狀態(tài)。如果將真實(shí)車燈與接頭互換，可以檢測出各孔位置度、周邊輪廓度、車燈實(shí)物面差、零件之間的光順度與間隙，觀察車燈光照情況，感受整體視覺效果［2］，因此前車燈模塊結(jié)構(gòu)在汽車主模型檢具中被稱為前車燈檢測模塊。為探究前車燈模塊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，討論了前車燈檢測模塊設(shè)計(jì)方法。前車燈模塊結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

模塊檢測功能和用戶提供的前燈表面數(shù)據(jù)基本一致，模塊精度檢測標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)置為：前燈模塊表面光潔明亮，其連接模塊間刀紋走向須相同，接口處無色差，無氣孔。設(shè)定該參數(shù)的檢測標(biāo)準(zhǔn)：模塊表面粗糙度不大于0.8；面輪廓度偏差應(yīng)不大于±0.1 mm；相鄰模塊間間隙差保持在±0.1 mm內(nèi)；線輪廓度的偏差在±0.1 mm范圍內(nèi)；所述定位安裝孔的位置度偏差小于0.1 mm。

2、前車燈檢測模塊設(shè)計(jì)

1、前車燈加工及檢測模塊設(shè)計(jì)難點(diǎn)

由于前車燈模塊為鏤空結(jié)構(gòu)，剛性相對小一些，邊緣厚度參數(shù)數(shù)值較小，加工過程中容易出現(xiàn)變形問題，因此該模塊的加工工藝需要配合參數(shù)檢測。根據(jù)變形檢測結(jié)果，采取相應(yīng)熱處理，從而達(dá)到控制模型變形的目的。

考慮到前車燈模塊多為鍛鋁毛坯銑削而成，需多次更換裝夾位置才能完成反、正兩面的處理[3]。為達(dá)到這一設(shè)計(jì)要求，必須確保調(diào)換裝夾位置的加工工藝基準(zhǔn)的一致性，并依據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行精修處理。

模塊加工材料彈性模量較高、熔點(diǎn)較低、在加工過程中易出現(xiàn)積屑瘤而使工件質(zhì)量下降[4]。為滿足加工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求，通過控制車間溫度的辦法，用檢測裝置對加工溫度進(jìn)行檢測，并依據(jù)監(jiān)測結(jié)果對瞬時(shí)溫度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使其不大于30°C,以避免加工材料的形變。

模塊形態(tài)不規(guī)則，多處壁厚加工標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值偏小，增加了加工難度，且加工過程中裝夾容易發(fā)生變形［5］，因此要求設(shè)計(jì)的模塊必須配備多個(gè)輔助支撐，盡可能縮小加工變形量。

2.模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

前車燈模塊結(jié)構(gòu)中布設(shè)了 2 個(gè)操作手柄，為了滿足整體外觀工藝和手柄強(qiáng)度需求，本設(shè)計(jì)模型將其與本體無縫連接，打造一體化裝置。選取的加工工藝為裝夾工藝( 正面加工的同時(shí)，吊裝其反面) ，對兩個(gè)不同高度的裝配面采取吊裝處理，以提高結(jié)構(gòu)剛性。另外，本結(jié)構(gòu)中還添加了 2 個(gè)小型吊裝平面，作為剛性增強(qiáng)輔助工具。

為達(dá)到車燈模塊加工標(biāo)準(zhǔn)，必須對模塊加工方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照加工基準(zhǔn)，合理安排加工方案[6]。針對前車燈模塊的加工需求，進(jìn)行了多個(gè)重要工序加工方法的設(shè)計(jì)，具體包括開粗和半精加工等。

3.前車燈模塊反面開粗加工安排

模塊開粗是加工過程中的一個(gè)重要過程，需要對模塊的變形進(jìn)行嚴(yán)格把控。反面開粗為模塊開粗操作中的首要步驟，毛坯拐角為初始基準(zhǔn)進(jìn)行開粗。考慮材料用量的控制，反面開粗給它留了2組吊裝凸臺(tái)，一組做斜立輔助，一組做正立輔助。由于模塊在加工過程中易發(fā)生變形的問題，本次加工的工藝方案是分兩次進(jìn)行開粗。第1次開粗是反面開粗并留出2.5 mm的余量。第2次開粗采用正面開粗方式，起吊所用刀具采用斜立輔助起吊凸臺(tái)方式，其余1組起吊凸臺(tái)用作正面半精加工刀具以減小毛坯高度尺寸。

4.前車燈模塊正面開粗加工安排

完成反面開粗后，開始對模型采取正面開粗處理，其加工基準(zhǔn)與反面開粗相同，采用的加工工具為斜立輔助凸臺(tái)。考慮到后續(xù)需要施工裝夾和刀完成加工操作，此處未使用正立輔助工具，而是將其預(yù)留，與此同時(shí)，根據(jù)加工需求鉆好吊裝孔。完成正面開粗后，同樣預(yù)留余量 2. 5 mm。后續(xù)半精加工、第二次正面開粗加工，以正立方形基準(zhǔn)凸臺(tái)為準(zhǔn)。

5.前車燈模塊第二次開粗、半精加工與時(shí)效處理加工安排

（1）時(shí)效處理

模塊的時(shí)效處理分為 3 個(gè)環(huán)節(jié)，分別為自然時(shí)效處理、人工時(shí)效處理、自然時(shí)效處理。第一次自然時(shí)效處理發(fā)生在第一次開粗結(jié)束，處理持續(xù)時(shí)間約為 7 d，主要起到模塊中殘余內(nèi)應(yīng)力消除作用。人工時(shí)效處理發(fā)生在第二次開粗結(jié)束后，第二次自然時(shí)效處理發(fā)生在半精加工后。

（2）第二次開粗

在完成第1次自然時(shí)效處理后進(jìn)行第2次開粗加工。仍將反面加工先行，鋪設(shè)對刀基準(zhǔn)作為方形基準(zhǔn)凸臺(tái)，采用等高基準(zhǔn)凸臺(tái)，正面輔助吊裝凸臺(tái)進(jìn)行加工，銑去位于型號(hào)反面斜立輔助吊裝凸臺(tái)并在開粗時(shí)留出1 mm余量。在模型前表面采用二次開粗的加工方法，對刀基準(zhǔn)不變，以高度一致的前表面輔助吊裝凸臺(tái)為開粗工具銑去位于模型前表面的斜立輔助吊裝凸臺(tái)并在開粗完成后留出1 mm余量。

（3）半精加工

利用人工時(shí)效處理開粗模塊，使其結(jié)構(gòu)中殘余內(nèi)應(yīng)力有所降低，而后開啟半精加工。以反面為先，以基準(zhǔn)凸臺(tái)為加工標(biāo)準(zhǔn)，銑掉位于反面的正立吊裝凸臺(tái)。模塊反面半精加工如圖 2 所示。

加工過程中，以 4 塊吊裝平面作為首要處理對象，銑掉后鉆吊裝孔，按照理論參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格控制 4 塊吊裝平面的高度，要求保持一致。此項(xiàng)加工工藝實(shí)施后的余量設(shè)置為0. 1 mm。對模塊正面采取半精加工處理，方案如圖 3 所示。

在正面方形基準(zhǔn)凸柱的中心處，設(shè)原點(diǎn)并在加工過程中銑出正面凸臺(tái)。為確保加工質(zhì)量進(jìn)行二次加工。第1次銑去作業(yè)時(shí)背刀吃0.6 mm,按該標(biāo)準(zhǔn)加工完。打開第2次銑掉作業(yè)，指標(biāo)參數(shù)降低0.3 mm；第2次作業(yè)預(yù)留剩余，均0.2 mm。

3、前車燈制造工藝與數(shù)控加工

1.前車燈制造工藝流程

第一步: 下料。該工序的下料規(guī)格為 630 mm ×210 mm × 130 mm，要求預(yù)留余量，單邊余量為 5 mm。第二步: 一次開粗。先反面開粗后正面開粗，兩面的開粗加工均預(yù)留余量，參數(shù)數(shù)值為 2. 5 mm。第三步: 熱處理。采用自然時(shí)效方法，在一次開粗操作結(jié)束后對模塊加以處理。第四步: 二次開粗。先反面開粗后正面開粗，兩面的開粗加工均預(yù)留余量，參 數(shù) 數(shù) 值 為1 mm。第五步: 熱處理。采用人工時(shí)效方法，在二次開粗操作結(jié)束后對模塊加以處理。第六步: 半精銑。先對反面進(jìn)行開粗，再對正面進(jìn)行半精銑加工，半精銑加工兩側(cè)留有余量且參數(shù)取值0.2 mm。第七步：熱處理等。利用自然時(shí)效方法對半精銑作業(yè)后的模塊進(jìn)行加工。第八步：實(shí)測。用三坐標(biāo)測量方法分別測試各指標(biāo)參數(shù)并記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。第九步：精銑等。模塊各功能面進(jìn)行精銑處理。第十步：探測。三是采用三坐標(biāo)測量方法分別測試各指標(biāo)參數(shù)和記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。

2.前車燈制造數(shù)控加工工序設(shè)計(jì)

選取型號(hào)為 D25Ｒ1 的硬質(zhì)合金材料刀具作為加工工具，采用型腔銑加工工藝，在模塊的反面完成第一次開粗。其中，各項(xiàng)加工參數(shù)設(shè)定為余量 2. 5 mm，進(jìn)給速度2 000 mm /min，主軸轉(zhuǎn)速2 500 r/min。正面第一次開粗與此項(xiàng)工序設(shè)計(jì)方案相同。選取型號(hào)為 Z5 的麻花鉆作為加工工具，采用鉆吊裝孔加工工藝，在設(shè)定位置鉆吊裝孔。其中，各項(xiàng)加工參 數(shù) 設(shè) 定 為 進(jìn)給速度 100 mm /min，主 軸 轉(zhuǎn) 速600 r/min。

選用機(jī)型為D10硬質(zhì)合金材料的刀具進(jìn)行加工，并將整修前表面作為加工基準(zhǔn)面，利用平面輪廓銑工藝對模塊前表面進(jìn)行整修處理，后表面整修處理工序方案同上。選用機(jī)型為D16R0.8硬質(zhì)合金材料刀具為加工刀具，利用剩余銑工藝完成了模塊反面二次開粗，而正面二次開粗和該工藝設(shè)計(jì)方案一致。其中加工參數(shù)設(shè)置為余量1 mm、進(jìn)給速度1 600 mm/min、主軸轉(zhuǎn)速3 500 r/min。

選取型號(hào)為 B12 硬質(zhì)合金 AlTiN 涂層刀具作為加工工具，采用固定輪廓銑工藝，完成反面半精加工。其中，各項(xiàng)加工參數(shù)設(shè)定為余量 0. 1 mm，進(jìn)給速度1 300 mm /min，主軸轉(zhuǎn)速3 000 r/min。正面半精加工工藝與反面相同。

選用機(jī)型為B10硬質(zhì)合金的AlTiN涂層刀具為加工刀具，通過固定輪廓銑工藝完成反面精加工。其中，各項(xiàng)加工參數(shù)設(shè)定為余量0 mm,進(jìn)給速度1 000 mm/min,主軸轉(zhuǎn)速4 500 r/min。正面半精加工工藝與反面相同，正面精加工工藝與反面相同。

4、應(yīng)用測試分析

選用機(jī)型為B10硬質(zhì)合金的AlTiN涂層刀具為加工刀具，通過固定輪廓銑工藝完成反面精加工。把真正的車燈換成車燈模塊的結(jié)果如圖5。

觀察圖 4 和圖 5 可知，設(shè)計(jì)的前車燈模塊與相鄰模塊連接表面不存在色差，且匹配度較高。從外形來看，客戶車身與模塊外形完全相符。真實(shí)車燈與模塊之間的互換性較好，整體設(shè)計(jì)方案可靠性較高。

5、結(jié)語

對汽車主模型檢具的前車燈檢測模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要針對前車燈模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，加工操作安排，制造工藝和數(shù)控加工工序等方面進(jìn)行研究，并依據(jù)前車燈模塊的制造標(biāo)準(zhǔn)對加工工序進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)結(jié)果表明：該前車燈檢測模塊完全符合顧客車身外形，并支持真實(shí)車燈和模塊的相互轉(zhuǎn)換。