摘 要：為了改進前車燈檢測模塊的設(shè)計與制造方案，對前車燈加工與檢測模塊的設(shè)計難點進行了分析，提出了模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案并裝備了前車燈模塊前側(cè)面開粗加工布置、對前車燈模塊進行了二次開粗，半精加工和時效處理的加工布置，并給模塊制造工藝，數(shù)控加工工序進行設(shè)計。應(yīng)用測試表明：該前車燈模塊設(shè)計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、支持實際車燈和模塊之間的互換性等特點，可為相似產(chǎn)品的設(shè)計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，還與前保險杠、機罩模塊相連［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，討論了前車燈檢測模塊設(shè)計方法。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

1、前車燈加工及檢測模塊設(shè)計難點

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]。為達到這一設(shè)計要求，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)果進行精修處理。

模塊加工材料彈性模量較高、熔點較低、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行檢測，并依據(jù)監(jiān)測結(jié)果對瞬時溫度進行適當(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)計的模塊必須配備多個輔助支撐，盡可能縮小加工變形量。

2.模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計

前車燈模塊結(jié)構(gòu)中布設(shè)了 2 個操作手柄，為了滿足整體外觀工藝和手柄強度需求，本設(shè)計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，吊裝其反面) ，對兩個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 個小型吊裝平面，作為剛性增強輔助工具。

為達到車燈模塊加工標(biāo)準(zhǔn)，必須對模塊加工方案進行優(yōu)化設(shè)計，嚴格按照加工基準(zhǔn)，合理安排加工方案[6]。針對前車燈模塊的加工需求，進行了多個重要工序加工方法的設(shè)計，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重要過程，需要對模塊的變形進行嚴格把控。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)進行開粗?？紤]材料用量的控制，反面開粗給它留了2組吊裝凸臺，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方式，其余1組起吊凸臺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?？紤]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，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)凸臺為準(zhǔn)。

5.前車燈模塊第二次開粗、半精加工與時效處理加工安排

（1）時效處理

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

（2）第二次開粗

在完成第1次自然時效處理后進行第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，采用等高基準(zhǔn)凸臺，正面輔助吊裝凸臺進行加工，銑去位于型號反面斜立輔助吊裝凸臺并在開粗時留出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為開粗工具銑去位于模型前表面的斜立輔助吊裝凸臺并在開粗完成后留出1 mm余量。

（3）半精加工

利用人工時效處理開粗模塊，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)凸臺為加工標(biāo)準(zhǔn)，銑掉位于反面的正立吊裝凸臺。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)，嚴格控制 4 塊吊裝平面的高度，要求保持一致。此項加工工藝實施后的余量設(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)原點并在加工過程中銑出正面凸臺。為確保加工質(zhì)量進行二次加工。第1次銑去作業(yè)時背刀吃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。先對反面進行開粗，再對正面進行半精銑加工，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。利用自然時效方法對半精銑作業(yè)后的模塊進行加工。第八步：實測。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

選取型號為 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，各項加工參數(shù)設(shè)定為余量 2. 5 mm，進給速度2 000 mm /min，主軸轉(zhuǎn)速2 500 r/min。正面第一次開粗與此項工序設(shè)計方案相同。選取型號為 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，各項加工參 數(shù) 設(shè) 定 為 進給速度 100 mm /min，主 軸 轉(zhuǎn) 速600 r/min。

選用機型為D10硬質(zhì)合金材料的刀具進行加工，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行整修處理，后表面整修處理工序方案同上。選用機型為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)計方案一致。其中加工參數(shù)設(shè)置為余量1 mm、進給速度1 600 mm/min、主軸轉(zhuǎn)速3 500 r/min。

選取型號為 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，各項加工參數(shù)設(shè)定為余量 0. 1 mm，進給速度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，各項加工參數(shù)設(shè)定為余量0 mm,進給速度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。真實車燈與模塊之間的互換性較好，整體設(shè)計方案可靠性較高。

5、結(jié)語

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