【汽車造型】第六章-汽車造型三維設(shè)計的課件

2023/1/71三維設(shè)計是指設(shè)計模型的制作過程。設(shè)計模型的制作是將設(shè)計師的設(shè)計意圖由二維轉(zhuǎn)換成三維，從而更加直觀、準(zhǔn)確地展現(xiàn)設(shè)計師的設(shè)計意圖。一、模型師的定義模型師是制作設(shè)計模型的工作者。早期的汽車模型大多用木材或金屬制造，從事類似工作的人稱為“木模工”或者“鈑金工”。而從美國密執(zhí)安州底特律的設(shè)計模型使用油泥開始，這種職業(yè)有了確切的名稱———油泥模型師。２０世紀(jì)９０年代初，隨著ＣＡＤ技術(shù)的引入和發(fā)展，模型師涵蓋的內(nèi)容變得更加豐富，包括數(shù)字模型師、油泥模型師以及硬質(zhì)模型師。二、模型師的任務(wù)模型師的任務(wù)是將二維設(shè)計變成直觀的三維數(shù)字或者實物模型。設(shè)計初期，模型師的主要任務(wù)是快速將設(shè)計師的創(chuàng)意變成三維數(shù)字模型或者實物模型，以觀察方案整體比例和主要尺寸。設(shè)計中期，模型師的主要任務(wù)是對線和面的推敲，進(jìn)一步捕捉設(shè)計師的設(shè)計靈感，優(yōu)化曲線、曲面的過渡與連接，通過設(shè)計美學(xué)知識求解和優(yōu)化效果圖中表達(dá)不清晰的線、面。設(shè)計后期，模型師的主要任務(wù)是對模型的精雕細(xì)琢，通過各種手段檢查模型的表面質(zhì)量，修正細(xì)小的缺陷，進(jìn)行附件的制作和裝飾。制作設(shè)計模型的過程是一個對二維效果圖再創(chuàng)作的過程，由設(shè)計師和模型師共同完成。在這個再創(chuàng)作過程中，為了讓模型師不偏離設(shè)計師的設(shè)計意圖，需要兩者之間進(jìn)行充分交流，這種交流包含感性交流和理性交流。三、設(shè)計師和模型師的交流四、設(shè)計模型的制作方法汽車造型的設(shè)計模型分為數(shù)字模型和實物模型兩大類，實物模型又分為油泥模型以及硬質(zhì)模型。數(shù)字模型是應(yīng)用ＣＡＤ軟件在計算機(jī)中完成的三維電腦影像、油泥模型是以油泥為原材料，由模型師手工完成的實物模型、硬質(zhì)模型是以樹脂等硬材料為原材料，由模型師手工或應(yīng)用ＣＡＭ技術(shù)完成的實物模型。ＣＡＤ技術(shù)的基礎(chǔ)是計算機(jī)圖形學(xué)，在計算機(jī)圖形學(xué)中，制作三維數(shù)字模型的方法主要有兩種:曲面建模法和多邊形建模法。曲面建模法的特點是物體表面由多個四邊形面拼接而成，表面光順，可以與ＣＡＤ軟件很好地交換數(shù)據(jù)，其中最常用的是ＮＵＲＢＳ建模。多邊形建模法，又叫Ｐｏｌｙｇｏｎ建模，是將物體表面細(xì)分成很多可調(diào)整的多邊形平面，通過調(diào)整多邊形來調(diào)整物體的形狀，這種方法的特點是物體有一個完整的整體，不存在面片間的無縫拼接問題，但是曲面只能無限接近光滑(數(shù)據(jù)量也會無限增大)，卻不能真正光滑。而近些年逐漸流行的細(xì)分曲面建模法，實際上是多邊形建模法的進(jìn)化，它結(jié)合了ＮＵＲＢＳ建模的光滑顯示和多邊形建模易編輯的優(yōu)點，也被稱為“數(shù)字油泥”，但因為后期難以進(jìn)行參數(shù)化的編輯設(shè)計，在汽車設(shè)計行業(yè)還沒有被廣泛應(yīng)用。一、數(shù)字模型常用軟件介紹１.Ａｌｉａｓ簡介ＡｕｔｏｄｅｓｋＡｌｉａｓＳｔｕｄｉｏＴｏｏｌｓ軟件是目前最先進(jìn)、最專業(yè)的工業(yè)造型設(shè)計軟件。Ａｌｉａｓ軟件包括Ｓｔｕｄｉｏ/ｐａｉｎｔ、Ｄｅｓｉｇｎ/Ｓｔｕｄｉｏ、Ｓｔｕｄｉｏ、Ｓｕｒｆａｃｅ/Ｓｔｕｄｉｏ和ＡｕｔｏＳｔｕｄｉｏ５個部分，提供了從草圖繪制到最終模型制作的各個階段設(shè)計工具。２.Ｒｈｉｎｏ簡介Ｒｈｉｎｏ３ＤＮＵＲＢＳ簡稱Ｒｈｉｎｏ，中文名稱“犀?！?，由美國ＲｏｂｅｒｔＭｃＮｅｅｌ公司于１９９８年推出，是一款功能強(qiáng)大、涵蓋全部ＮＵＲＢＳ建模功能的高級建模軟件。其優(yōu)點是安裝文件較小，對計算機(jī)硬件要求較低，可以在Ｗｉｎｄｏｗｓ系統(tǒng)中建立、編輯、分析、轉(zhuǎn)換ＮＵＲＢＳ曲線、曲面及實體，不受復(fù)雜度、階數(shù)及尺寸的限制，完全達(dá)到設(shè)計、快速成形、工程、分析及制造的精確度要求，同時支持多邊形網(wǎng)格和點云，被稱為“平民化”的高端軟件。Ｒｈｉｎｏ還引入了Ｆｌａｍｉｎｇｏ及ＢＭＲＴ等渲染器，使其圖像的真實品質(zhì)非常接近高端渲染器。３.ＣＡＴＩＡ簡介ＣＡＴＩＡ(ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＴｒｉ￣ＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ)是法國ＤａｓｓａｕｌｔＳｙｓｔｅｍ公司旗下的ＣＡＤ/ＣＡＥ/ＣＡＭ一體化軟件。ＣＡＴＩＡ軟件廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、造船、機(jī)械制造、電子＼電器、消費品行業(yè)，它的集成解決方案覆蓋所有產(chǎn)品設(shè)計與生產(chǎn)制造領(lǐng)域。ＣＡＴＩＡ是一款多模塊軟件，在三維數(shù)模制作中主要使用其Ｓｈａｐｅｄｅｓｉｇｎ＆Ｓｔｙｌｉｎｇ模塊，該模塊可以完成所有曲線、曲面操作，連續(xù)性達(dá)到Ｇ２，其中的ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＣｌａｓｓＡ可以達(dá)到Ｇ３連續(xù)。二、ＣＡＤ軟件建模的基本知識１.ＮＵＲＢＳ定義ＮＵＲＢＳ(Ｎｏｎ￣ＵｎｉｆｏｒｍＲａｔｉｏｎａｌＢ￣Ｓｐｌｉｎｅｓ)，即非均勻有理Ｂ樣條。Ｎｏｎ￣Ｕｎｉｆｏｒｍ(非均勻性):指一個控制頂點的影響力范圍能夠改變。當(dāng)創(chuàng)建一個不規(guī)則曲面時這一點非常有用。Ｒａｔｉｏｎａｌ(有理):指每個ＮＵＲＢＳ物體都可以用有理多項式來定義。Ｂ￣Ｓｐｌｉｎｅ(Ｂ樣條):指曲線由多個Ｂ樣條片斷組成的參數(shù)化表示的多項式曲線組成。是一種通用的曲線數(shù)學(xué)表達(dá)法，在現(xiàn)代計算機(jī)輔助設(shè)計中應(yīng)用較為廣泛。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ＩＳＯ)１９９１年頒布的工業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)ＳＴＥＰ中，將ＮＵＲＢＳ作為定義工業(yè)產(chǎn)品幾何形狀的唯一數(shù)學(xué)方法。目前，Ｂｅｚｉｅｒ、有理Ｂｅｚｉｅｒ、均勻Ｂ樣條和非均勻Ｂ樣條都被統(tǒng)一到ＮＵＲＢＳ中。２.ＮＵＲＢＳ曲線如圖６￣１所示為一條ＮＵＲＢＳ曲線，曲線由控制點(ＣｏｎｔｒｏｌＶｅｒｔｉｃｅｓ，以下簡稱為ＣＶｓ)和編輯點(ＥｄｉｔＰｏｉｎｔｓ)共同定義。控制點(ＣＶｓ):不在曲線上(曲線兩個端點除外)，并且由殼(Ｈｕｌｌ)連接在一起。第一個ＣＶｓ用正方形表示，第二個ＣＶｓ則用“Ｕ”表示，可以清楚知道曲線的方向。編輯點(ＥＰｓ):在曲線上。每兩個ＥＰｓ之間稱為曲線片段或曲間(Ｓｐａｎ)。每個Ｓｐａｎ都由一個數(shù)學(xué)表達(dá)式來定義，故曲線包含越多Ｓｐａｎ則運算效率越低，因而在保證造型的前提下應(yīng)盡量減少Ｓｐａｎ數(shù)。曲線的階數(shù)(Ｄｅｇｒｅｅ值):曲線方程式中最大指數(shù)。當(dāng)Ｄｅｇｒｅｅ值＝１時，曲線是直線(Ｌｉｎｅａｒ)、當(dāng)Ｄｅｇｒｅｅ值＝２時，曲線是圓弧或拋物線等二次曲線(Ｑｕａｄｒａｔｉｃ)、當(dāng)Ｄｅｇｒｅｅ值≥３時，曲線是自由曲線。Ｄｅｇｒｅｅ值越大，曲線受ＣＶｓ影響越小，曲率變化越平緩，曲線也就越光順，但曲線運算時間則越長。在實際設(shè)計工作中，應(yīng)該根據(jù)具體情況來適當(dāng)選擇曲線的Ｄｅ￣ｇｒｅｅ值，對于汽車設(shè)計的表面數(shù)據(jù)，通常選?。模澹纾颍澹逯禐椋郴颍?，最高不超過７。此外對于曲線只有１個Ｓｐａｎ的情況，Ｄｅｇｒｅｅ值還與曲線ＣＶｓ數(shù)目有關(guān)。一條曲線最少有Ｄｅｇｒｅｅ值＋１個ＣＶｓ，如圖６￣２所示，左面曲線Ｄｅｇｒｅｅ值＝３的，具有４個ＣＶｓ、右面曲線Ｄｅｇｒｅｅ值＝５，具有６個ＣＶｓ。在設(shè)計工作中，提高曲線質(zhì)量的重要一點是使用最簡單的曲線。而最簡單的曲線就是在保證造型要求的前提下，使曲線具有最少的Ｓｐａｎ和ＣＶｓ，因為太多ＣＶｓ會使曲線變得復(fù)雜，也容易破壞曲線光順度。３.ＮＵＲＢＳ曲線的連續(xù)性(Ｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ)ＮＵＲＢＳ曲線的連續(xù)性分為０階連續(xù)(Ｇ０)、１階連續(xù)(Ｇ１)、２階連續(xù)(Ｇ２)、３階連續(xù)(Ｇ３)，是描述兩個或多個曲面、曲線之間相連部分的平滑程度。Ｇ０連續(xù)(點連續(xù)Ｐｏｓｉｔｉｏｎ):是指兩條曲線在端點處重合，但切線方向不同，連接處有尖角，連接點曲率梳的方向不一致。即兩條曲線僅在端點處具有相同的空間坐標(biāo)，如圖６￣３ａ)所示。設(shè)計師可通過調(diào)節(jié)曲線端點處的ＣＶｓ使曲線重合并達(dá)到Ｇ０連續(xù)。Ｇ１連續(xù)(相切連續(xù)Ｔａｎｇｅｎｃｙ):是指兩條曲線在端點處重合，切線方向相同，連接處平滑無尖角，但有較明顯的轉(zhuǎn)折，連接點處曲率梳的方向一致，但大小不同。即兩條曲線在重合點處具有一階導(dǎo)數(shù)，如圖６￣３ｂ)所示。設(shè)計師可調(diào)節(jié)曲線前兩個ＣＶｓ，第一個ＣＶｓ使兩條曲線重合，若第二個ＣＶｓ和連接點在一條直線上，則曲線可達(dá)到Ｇ１連續(xù)。Ｇ２連續(xù)(曲率連續(xù)Ｃｕｒｖａｔｕｒｅ):是指兩條曲線在端點處重合，切線方向、曲率相同，連接處平滑無尖角，無明顯的轉(zhuǎn)折，連接點處曲率梳的方向和大小都相同，即兩條曲線在重合點處具有二階導(dǎo)數(shù)，如圖６￣４ａ)所示。設(shè)計師可調(diào)節(jié)曲線前三個ＣＶｓ，首先使曲線達(dá)到Ｇ１連續(xù)，再調(diào)節(jié)第三個ＣＶｓ，使兩條曲線在連接處曲率一致，則可達(dá)到Ｇ２連續(xù)。Ｇ３連續(xù)(曲率相切連續(xù)):是指兩條曲線在端點處重合，不僅曲率相同，而且曲率的變化率也相同，連接處更加平滑過渡(視覺上無法分辨出和Ｇ２連續(xù)的差別)，連接點處曲率梳的方向和大小都相同，且也光滑連接，即兩條曲線在重合點處具有三階導(dǎo)數(shù)，如圖６￣４ｂ)所示。設(shè)計師可先將曲線調(diào)節(jié)到Ｇ２連續(xù)，再調(diào)節(jié)第四個ＣＶｓ，使兩條曲線在連接處曲率變化率一致，則可達(dá)到Ｇ３連續(xù)。三、汽車造型三維表面數(shù)據(jù)制作三維表面數(shù)據(jù)必須在整車坐標(biāo)系下制作，以便與總布置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。１.導(dǎo)入三視圖及總布置數(shù)據(jù)將汽車三視圖分別導(dǎo)入軟件各視圖中，調(diào)整其大小與真實尺寸一致，這是三維數(shù)據(jù)制作的依據(jù)。汽車三視圖(圖６￣５)等同于早先的膠帶圖，應(yīng)包含一定的總布置信息，由設(shè)計師按照總布置圖繪制，并考慮造型關(guān)鍵點，關(guān)鍵點的確定需要設(shè)計師、模型師和總布置工程師協(xié)作完成。三視圖導(dǎo)入后，在軟件里可以簡單方便地進(jìn)行上述關(guān)鍵點的校核，對于不滿足的地方可以在下一步“繪制特征線”中進(jìn)行細(xì)微調(diào)整。２.繪制特征線繪制特征曲線非常重要，是將三視圖三維化的過程。通常從側(cè)視圖開始繪制(側(cè)視圖中定義了整車的大多數(shù)特征)，然后在前后視圖和頂視圖中增加寬度信息。完成的三維線框數(shù)模應(yīng)由設(shè)計師來確認(rèn)其是否滿足設(shè)計要求，以避免后續(xù)曲面建模時反復(fù)修改。３.曲面的劃分現(xiàn)代汽車表面非常復(fù)雜，正向建模應(yīng)具有一定的條理性和計劃性，以保證曲面的質(zhì)量并減少重做的幾率。在曲面制作過程中應(yīng)先仔細(xì)觀察各個角度效果圖，對方案的形態(tài)、曲面的走勢以及各曲面間的關(guān)系有深刻理解、再進(jìn)行合理的曲面劃分、制作計劃，這點對初學(xué)者非常重要。劃分曲面主要有以下三個基本原則:(１)標(biāo)準(zhǔn)ＮＵＲＢＳ曲面由四條邊構(gòu)成，應(yīng)盡量將表面劃分成四邊形，避免三角形和其他多邊形。(２)在保證造型特征前提下，盡量減少曲面數(shù)量，既可提高制作效率又可提高模型質(zhì)量。(３)模型上曲率變化較劇烈處應(yīng)盡量單獨劃分出來。在建模過程中曲率變化較小，即較平坦的面稱之為模型基本面、曲率變化較劇烈，用來連接基本面的面，稱之為過渡面。制定曲面劃分計劃后便可開始制作模型的基本面。本節(jié)以在Ａｌｉａｓ軟件中曲面劃分方法為例，選擇圖６￣６中車型進(jìn)行詳細(xì)介紹。１)制作基本面制作基本面步驟中通常先制作頂部曲面，因為在側(cè)視圖和頂視圖中最容易確定頂部曲面的信息，然后制作前部、后部、側(cè)面的基本面。在Ａｌｉａｓ軟件中，先使用ＳｑｕａｒｅＣｏｎｔｒｏｌ工具，通過４條特征曲線生成四邊曲面，然后檢查曲面的形態(tài)和質(zhì)量，通過ＨｕｌｌＰｌａｎａｒｉｚｅ工具手動調(diào)整ＣＶ點，通過斑馬線和曲率梳的檢查，使曲面達(dá)到合理狀態(tài)。ＣＶ點的排布非常重要，它直接影響曲面質(zhì)量?；久鎸τ诮７浅Ｖ匾鼈儧Q定了整個模型的比例和形態(tài)，也直接影響之后過渡面的制作。完美的曲面首先應(yīng)完全滿足設(shè)計師設(shè)計形體的要求，然后是曲面光順性的要求，絕不能因為曲面的光順性而犧牲形體的表達(dá)。因此，在此階段模型師要與設(shè)計師保持良好的溝通，使基本面的形態(tài)符合設(shè)計要求、同時也要注意總布置的各種要求和限制，因為后期再要調(diào)整基本面，帶來的重復(fù)工作將是非常巨大的。２)制作過渡面過渡面的制作是難點，要制作高質(zhì)量的過渡面首先要了解其兩個基本面的構(gòu)造原理及相互關(guān)系，實際上基本面的相互關(guān)系只有兩種:可延長相交和不可相交。對于兩個可延長相交的基本面，首先要調(diào)整基本面，使二者的相交線光順(圖６￣７ａ)、然后進(jìn)行裁切，剪裁時要保證兩個基本面的裁切線與相交線距離基本相同且變化均勻(圖６￣７ｂ)、再通過ＦｒｅｅｆｏｒｍＢｌｅｎｄ工具制作過渡面、或者使用曲線定義出截面線，之后使用Ｓｑｕａｒｅ工具生成４邊曲面(圖６￣７ｃ)。這種方法可以較容易的制作出高質(zhì)量的過渡面。但若造型有特殊要求，就不能采用此方法。對于沒有交線的兩個基本面，首先要保證兩個基本面的質(zhì)量、高光和曲率梳都要自然均勻、然后盡量保證兩個基本面的邊界(或裁切線)之間的距離變化均勻(圖６￣８ａ)、再通過ＦｒｅｅｆｏｒｍＢｌｅｎｄ工具制作過渡面，或者使用曲線定義出截面線、之后使用Ｓｑｕａｒｅ工具生成４邊曲面(圖６￣８ｂ)、最后通過調(diào)整ＣＶ點保證過渡面和基本面的連續(xù)性。一、油泥模型制作的場所、材料、工具、設(shè)備１.模型室(模型間)考慮到全尺寸模型的重量、體積比較大，以及模型搬運的方便性，模型室通常設(shè)計在１樓、其前或后配有一個較大的露天廣場以方便模型在自然環(huán)境中展示及評價。模型室內(nèi)較大較平、地面配有可升降平臺、高度通常在５~７ｍ、照度應(yīng)接近實驗室標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到５００Ｌｘ(勒克斯)、頂部和側(cè)面設(shè)置間距０.５~１ｍ的日光燈帶(８００Ｍ~１２００Ｍ度)，這些燈帶可以保證模型制作時無陰影存在，同時也可在模型表面形成類似ＣＡＤ軟件中的斑馬線，方便檢驗?zāi)Ｐ捅砻尜|(zhì)量，如圖６￣９所示。２.油泥模型材料１)油泥工業(yè)油泥出現(xiàn)后很快取代了其他模型材料，被廣泛應(yīng)用于汽車造型設(shè)計中實物模型的制作。油泥主要成分包括:９％~１０％的石蠟、５０％~５５％的黏土、９％~１０％的灰料、２０％~２５％的油脂、少許樹脂及少許色料。工業(yè)油泥(圖６￣１０)具有易存放、易塑形、精密度高、潔凈環(huán)保的特點。油泥模型表面防水，不易被氧化，可存儲在常溫下。油泥對溫度敏感，常溫下質(zhì)地堅硬細(xì)致，可以刮削成型、加熱后會變軟，便于填敷、塑形及修補。優(yōu)質(zhì)的工業(yè)油泥要滿足以下幾個要求:(１)各批次的顏色要保證完全一致，以避免模型出現(xiàn)色差。(２)隨溫度變化伸縮性小，體積穩(wěn)定，保證模型不易開裂。(３)黏性和硬度之間具有良好的平衡，既容易填敷，又不能太軟、太黏而粘在刮刀和手上。(４)質(zhì)地細(xì)膩，易刮削，能保持清晰的棱線。(５)少硫少有害物質(zhì)，少刺激性氣味，環(huán)保無損身體健康。(６)密度較低，減輕模型重量，即易于搬運又不易開裂。２)其他材料(表６￣１)３.模型工具１)刮刀刮刀也叫撓子，由鋼制刮片和木柄組成，是最常用的工具之一。平面刮刀用來刮削平面或平緩的曲面，不同尺寸刮刀用于不同尺寸的曲面、帶齒的平面刮刀，切削端不會吃進(jìn)過多油泥，切削非常順滑，也不易在油泥表面留下波痕，可以快速刮削表面、三角刮刀用于較小表面、根部等平面刮刀刮不到的地方、圓形刮刀多用于內(nèi)Ｒ角或者凹面，由于切削端與油泥接觸面積較小，切削阻力較小，因此也用于大于２ｍｍ刮削量的刮削，如圖６￣１１所示。２)鋼絲刮刀鋼絲刮刀是由彎曲的鋼絲和木柄組成的，制作其他雕塑也常用這種工具。上部是平直的鋼絲刃，有兩個棱角，另一端為Ｕ形，易于去泥和制作凹面，如圖６￣１２所示。鋼絲刮刀于完成細(xì)節(jié)、棱邊以及清理根部。３)刮片刮片由彈性鋼片制成，現(xiàn)在也有使用由碳纖維板材制作的，主要用于精刮和光順表面。最常見的刮片為矩形刮片，一般厚度分１.００ｍｍ、０.５０ｍｍ、０.３０ｍｍ、０.２０ｍｍ、０.０８ｍｍ幾種，同時，模型師也可根據(jù)經(jīng)驗和習(xí)慣在鋼板或碳纖維板材上直接裁制、制作異形刮片以方便自己使用，如圖６￣１３所示。４)刮刨油泥模型的刮刨和普通刮刨原理一致，只是刨刃和形狀有些許區(qū)別，能夠快速去除油泥，通常用于粗刮、快速制作草模，如圖６￣１４所示。根據(jù)模型師的使用習(xí)慣不同，手柄也有多種形式。５)油泥刀油泥刀即普通、鋒利的小刀(圖６￣１５)，用來在油泥模型上劃線、粗略地雕刻形體。油泥刀如同設(shè)計師的鉛筆，對于模型師非常重要。６)量具各種規(guī)格的直尺，量角器是制作模型的必備工具。Ｒ規(guī)可以比照測量模型表面Ｒ角和內(nèi)Ｒ角的大小、水平儀用于確定模型平臺、模型骨架、模板是否處于水平位置、成套的曲率尺，用于制作大表面時曲率的檢查和比照、型規(guī)(又叫斷面規(guī)或針束尺)是一種特殊的測量工具，可以用來檢查、復(fù)制曲面及曲面的截面線，如圖６￣１６所示。４.模型設(shè)備１)油泥烘箱油泥烘箱用來加熱油泥，一般常溫油泥在烘箱中加熱到徹底軟化需要２ｈ左右，烘箱應(yīng)具有較好的溫控能力，能保持箱內(nèi)溫度均勻并穩(wěn)定在５５~６５℃之間。烘箱有不同的尺寸規(guī)格，以適合不同的需要，一臺可用容積２５０Ｌ左右的小型油泥烘箱(圖６￣１７ａ)可以滿足１~２個小比例模型的制作、而對于制作１∶１的全尺寸模型，一般需要２個容積大于６００Ｌ的大型烘箱(圖６￣１７ｂ)，以保證持續(xù)提供軟化油泥。２)油泥回收機(jī)如圖６￣１８ａ)所示，將刮削下來干凈的油泥屑放進(jìn)油泥回收機(jī)，通過真空泵消除氣泡重新擠壓成型后再利用。此外，還可以通過改變油泥出口的形狀來獲得不同截面形狀的長條油泥模型，例如密封條、防擦條等，如圖６￣１８ｂ)所示。３)三坐標(biāo)測量機(jī)及模型平臺三坐標(biāo)測量機(jī)用于整車模型坐標(biāo)系的建立，關(guān)鍵點的測量等，是保證油泥模型滿足總布置設(shè)計要求的關(guān)鍵和必要設(shè)備、三坐標(biāo)通常安裝在模型平臺兩側(cè)，可移動、模型平臺用來輔助定位模型，通常為鑄鐵銑削加工而成，有較高的平面度，如圖６￣１９所示。４)模型移動設(shè)備油泥模型的車輪大多只具有裝飾功能而非運動及轉(zhuǎn)向功能，在工作中可利用簡單的移動式千斤頂，將車輪抬起，利用下方萬向輪來移動模型，如圖６￣２０ａ)所示、也可利用先進(jìn)的電動拖車，架起模型的前輪或后輪，依靠電動機(jī)驅(qū)動行駛，如圖６￣２０ｂ)所示。５)機(jī)械加工設(shè)備機(jī)械加工設(shè)備(圖６￣２１)主要包括帶鋸機(jī)、線鋸機(jī)、砂輪機(jī)、砂帶機(jī)等，主要用來制作、修整模型骨架、制作、打磨工具及樣板等。二、油泥模型的基礎(chǔ)知識１.油泥模型的分類(１)按照模型尺寸不同，油泥模型可分為比例模型和全尺寸模型。比例模型(ＳｃａｌｅＭｏｄｅｌ):比效果圖的三維空間感更強(qiáng)，通常在設(shè)計初期大量制作縮小比例模型，其主要作用是造型設(shè)計構(gòu)思的延續(xù)、是全尺寸模型的前期試驗品、也是選型的重要依據(jù)、同時也是后續(xù)實驗的實物依據(jù)，例如風(fēng)洞試驗等，如圖６￣２２所示。全尺寸模型(ＦｕｌｌｓｉｚｅＭｏｄｅｌ):也叫全比例模型或１∶１模型。全尺寸模型能夠直觀反映設(shè)計，提高實際感、完整體現(xiàn)造型方案和細(xì)節(jié)、使設(shè)計師擺脫數(shù)字模型和比例模型在空間或尺寸上的局限所帶來的視錯覺。其主要作用是產(chǎn)品定型、數(shù)據(jù)測量輸入、工程細(xì)節(jié)探討的依據(jù)，如圖６￣２３所示。(２)按照模型的構(gòu)造，油泥模型可以分為實心模型和透明模型。實心模型:內(nèi)部模芯為泡沫、表面為油泥的模型，通常在設(shè)計階段制作，如圖６￣２４所示。透明模型:也叫“ＳｅｅＴｈｒｏｕｇｈ”模型，指模型駕駛室被掏空，車窗采用成型透明有機(jī)玻璃板，可見部分內(nèi)飾，如圖６￣２５所示。２.油泥模型骨架(１)一次性使用的骨架。單臺成本較低、專車專用、輪距、軸距、離地間隙都按照總布置提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計、一般由方鋼管焊接或螺栓連接而成。對于小比例模型，可用木材或代木簡單制作。(２)可重復(fù)使用的骨架。單臺成本較高、輪距、軸距、離地間隙通過可調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，在一定范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)、一般由鋁合金型材或具有較大截面面積及壁厚的方鋼管制成。三、全尺寸油泥模型的制作過程在制作全尺寸模型之前要制作多個小比例模型，圖６￣２６展示了小比例模型加工和制作的場景，ａ)圖展示了利用數(shù)字模型數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)控加工的場面，ｂ)圖片展示了在模型制作初期的工作場景，ｃ)圖片展示了在模型制作后期設(shè)計師在模型上貼膠帶的工作場景。１.全尺寸膠帶圖ＣＡＤ技術(shù)應(yīng)用之前，膠帶圖是制作油泥模型的依據(jù)。膠帶圖是由設(shè)計師依據(jù)設(shè)計方案及總布置圖紙，在１∶１車身坐標(biāo)網(wǎng)格紙上使用膠帶貼出來汽車平面圖或截面圖，如圖６￣２７所示。ＣＡＤ技術(shù)廣泛應(yīng)用之后，三維ＣＡＤ數(shù)據(jù)不僅取代了全尺寸膠帶圖，而且也更容易進(jìn)行尺寸、硬點、截面等數(shù)據(jù)的校核，提高了模型制作前期的可行性和準(zhǔn)確度。２.骨架設(shè)計和制作依據(jù)總布置圖，設(shè)定骨架的形狀及輪距、軸距、離地間隙、骨架的其他尺寸要依據(jù)油泥的添加量和模芯泡沫的厚度來確定(ＣＡＤ技術(shù)可以使骨架設(shè)計得更加合理、準(zhǔn)確)。３.模芯制作手工制作模芯的過程很復(fù)雜，要設(shè)計每塊泡沫的尺寸、位置、再手工完成泡沫粘貼和形體修整?，F(xiàn)在大多數(shù)采用ＣＡＤ、ＣＡＭ技術(shù)，過程相對簡單，首先將大塊泡沫粘接起來，保證其大小超過模型表面、然后只需將ＣＡＤ表面數(shù)據(jù)向內(nèi)等值偏置，進(jìn)行數(shù)控加工(圖６￣２８)。４.油泥涂敷參考６￣２９示意圖，油泥模型的用泥量可以根據(jù)公式６￣１計算出:(ＦＶ＋ＲＶ＋２ＳＶ)×ｄ/６８０(ｃｍ３)。油泥涂敷(圖６￣３０)的質(zhì)量直接影響模型的質(zhì)量。使用正確的涂敷方法可以使油泥牢固的粘貼在模芯上不脫落，以保證模型不會開裂，主要有以下幾點注意事項:(１)在涂敷油泥之前，應(yīng)清除模芯表面的泡沫顆粒和灰塵。這可以選擇在模芯表面涂刷一層蟲膠清漆，以固定模芯表面的泡沫顆粒、若使用聚苯乙烯(ＰＳ)板制作的模芯，也可以使用熱風(fēng)槍加熱烘烤模芯表面，使聚苯乙烯融化后結(jié)成硬殼，但此過程會產(chǎn)生刺激性有毒氣體，工作時要注意場地通風(fēng)和使用適當(dāng)?shù)暮粑Ｗo(hù)裝置。(２)第一層油泥的涂敷很重要，油泥一定要薄而均勻地敷滿整個模芯，若第一層油泥過厚，油泥冷卻后收縮力過大，容易與模芯脫離。之后的涂覆方法亦是如此，也要一層一層將油泥薄而均勻的敷滿整個模型，以保證各層油泥之間沒有間隙，避免將來模型表面凹凸不平。(３)油泥的溫度也很重要，新敷的油泥溫度應(yīng)盡量接近已涂敷油泥的溫度，否則新泥冷卻后，會形成剝離層而導(dǎo)致脫落。若涂敷工作中斷時間過久，再繼續(xù)涂敷時應(yīng)先用用熱風(fēng)槍或烤燈將模型加熱軟化。５.模型粗刮(１)手工粗刮。首先根據(jù)總布置圖和膠帶圖確定關(guān)鍵點和關(guān)鍵截面，這些是制作模型的依據(jù)，關(guān)鍵點可利用三坐標(biāo)測量機(jī)在模型上標(biāo)記出來，關(guān)鍵截面可通過三坐標(biāo)測量機(jī)連續(xù)采點在模型上標(biāo)記出來或制作樣板，然后快速建立模型基本形態(tài)。其順序是先制作大的基本面，再制作過渡面，這與ＣＡＤ建模的思路基本一致，手工粗刮通過制作特征線樣板來控制曲面的特征。(２)ＣＡＭ銑削加工。是以ＣＡＤ建模為前提，將ＣＡＤ表面三維數(shù)據(jù)通過ＣＡＭ編程軟件，編制銑削模型的加工程序(也叫ＮＣ程序，如圖６￣３１ａ所示)，通過數(shù)控設(shè)備將油泥模型加工出來，如圖６￣３１ｂ)所示。６.模型精刮及調(diào)整手工粗刮和ＣＡＭ加工的油泥模型都會在模型表面留下較明顯的刀痕，模型的精刮階段主要是表面質(zhì)量處理。精刮應(yīng)按照從上到下的順序進(jìn)行，若先精刮下部表面，那么在精刮上部時會容易磕碰到下部表面，而且掉落的油泥屑也會粘在下部已經(jīng)精刮的表面上，導(dǎo)致返工，如圖６￣３２所示。７.細(xì)節(jié)制作與裝飾外飾模型表面裝飾主要是采用貼Ｄｉｎｏｃ膜或者是噴漆兩種方法。Ｄｉｎｏｃ膜是一種延展性很好的背膠薄膜。貼膜前先用無紡布輕拭掉模型上的油泥碎屑和灰塵、再按照模型尺寸裁切薄膜(裁切和貼膜時要注意膜的方向，Ｄｉｎｏｃ膜從不同方向看明暗會有些許不同)，將裁減好的膜浸入水槽中，直到背面的襯紙可以輕松的揭下、接下來用噴壺向模型表面噴水，這樣有利于貼膜時將膜和油泥之間的空氣擠出來、然后將膜貼在模型上，使用塑料刮片由內(nèi)向外將膜內(nèi)的水和氣泡擠出、最后將多余的膜沿著模型的鋒線切割掉，如圖６￣３３所示。表面噴漆是一種效果更好的裝飾方法，但工序復(fù)雜，多用于重要評審。其具體步驟是先在油泥模型表面噴一層易撕掉的水性膜、然后在膜上噴涂膩子并經(jīng)過多次打磨、再在膩子上噴底漆并打磨、最后噴涂２~３遍面漆才能達(dá)到理想的效果。如果直接在油泥模型表面噴漆，其缺點是油漆很難再清除，而且由于油泥表層存在許多微孔，致使在噴漆后模型表面無法達(dá)到較高質(zhì)量。內(nèi)飾模型表面裝飾也分貼膜和噴漆兩種方法。內(nèi)飾膜的使用方法與外飾膜類似，但不需要水來浸泡，由于內(nèi)飾膜較厚，延展性不及外飾膜，因此貼起來要比外飾膜困難、同時應(yīng)盡量將接縫處理在模型表面凹進(jìn)去或不顯眼的地方。內(nèi)飾噴漆有兩種方法，一種是特制的裂紋漆，需要特別的噴涂技術(shù)，來模擬皮紋效果、另一種是在模型表面刷水性乳膠漆，在漆未干時，用泡沫海綿在表面上蘸出紋理。這兩種方法各有優(yōu)缺點，主要依據(jù)模型的用途來確定。四、硬質(zhì)模型制作１.手工加工最基本的手工制作硬質(zhì)模型的材料是木材或者代木。靠著精湛的手工工藝制作硬質(zhì)模型，這是在油泥模型出現(xiàn)之前就已經(jīng)廣泛使用的方法。對于比較方便制作油泥模型的零件(如輪輞、門把手、后視鏡等)，可以先制作油泥模型，然后翻制石膏模型或者玻璃鋼模型。２.ＣＮＣ數(shù)控加工中心ＣＮＣ(ＣｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌ)即計算機(jī)數(shù)字化控制，ＣＮＣ數(shù)控加工中心是一種帶有刀具庫、并能自動更換刀具、能夠?qū)ぜ谝欢ǚ秶鷥?nèi)進(jìn)行多種加工操作的數(shù)控機(jī)床，如圖６￣３４所示。３.ＳＬＡ(立體光固化成型法)ＳＬＡ(ＳｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙＡｐｐｅａｒａｎｃｅ)即立體光固化成型法，ＳＬＡ是最早實用化的快速成型技術(shù)，采用液態(tài)光敏樹脂原料。ＳＬＡ技術(shù)成型速度較快，精度較高，但由于樹脂固化過程中產(chǎn)生收縮，必定會產(chǎn)生應(yīng)力或引起形變。因此開發(fā)收縮小、固化快、強(qiáng)度高的光敏材料是其發(fā)展趨勢。ＳＬＡ快速成型機(jī)如圖６￣３５所示。４.ＦＤＭ(熔融沉積法)ＦＤＭ(ＦｕｓｅｄＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎＭｏｄｅｌｉｎｇ)即熔融沉積法。該方法操作簡單、使用方便、污染小、適合辦公室環(huán)境運行。與ＳＬＡ系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)不采用激光發(fā)生器，所以維護(hù)簡單、在材料上，由于可以直接使用ＰＣ或ＡＢＳ等塑料，成型件韌性好，強(qiáng)度高，方便進(jìn)行后續(xù)工序。ＦＤＭ快速成型機(jī)如圖６￣３６所示。一、三維測量設(shè)備逆向工程中使用的高精度三維測量設(shè)備主要有以下幾種。第１代測量設(shè)備是逐點掃描，速度慢，而且是接觸式測量，精度較低，如三坐標(biāo)測量機(jī)ＣＭＭ。第２代測量設(shè)備是逐線掃描，速度仍然較慢，但精度較高而且實現(xiàn)了非接觸式測量，如激光線掃描儀(圖６￣３７)。第３代測量設(shè)備是面掃描，速度非?？?，非接觸式測量，如白光照相式掃描儀(圖６￣３８)。二、點云點云(ＰｏｉｎｔＣｌｏｕｄ)，是通過測量儀器得到的模型表面的點數(shù)據(jù)集合，如圖６￣３９所示。通常使用三維坐標(biāo)測量機(jī)所得到的點數(shù)量比較少，點與點的間距也比較大，叫作稀疏點云、而使用三維激光掃描儀或照相式掃描儀得到的點數(shù)量比較大并且比較密集，叫作密集點云。稀疏點云和密集點云均是重建表面數(shù)據(jù)的參考，即逆向造型的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)格式為?.ＡＳＣ，?.ＸＹＺ等。ＣＡＴＩＡ、Ｉｍａｇｅｗａｒｅ以及其他專門的測量軟件均可以進(jìn)行點云的編輯和處理，主要包括以下幾個步驟:(１)清除壞點。由于測量設(shè)備、測量技術(shù)以及測量環(huán)境的光線明暗等因素影響，會產(chǎn)生明顯偏離模型表面的噪點或壞點，必須刪除它們防止后續(xù)工作發(fā)生錯誤。(２)優(yōu)化點云。對于密集點云，巨大的數(shù)據(jù)量會成為計算機(jī)的負(fù)擔(dān)、而對于較平坦的曲面，數(shù)據(jù)點沒有必要太多，因此可通過軟件中相應(yīng)工具濾掉不必要的點，可以大幅度提高建模過程中的處理速度和效率。(３)生成三角面(也叫Ｍｅｓｈ面)。在軟件中生成Ｍｅｓｈ面后，計算機(jī)就可以將掃描數(shù)據(jù)渲染顯示出來，這樣做的目的是便于后續(xù)做曲面時，更容易分析曲線的形態(tài)、方便曲面的規(guī)劃、而且生成Ｍｅｓｈ面后的點云數(shù)據(jù)可導(dǎo)入到ＣＡＭ軟件中進(jìn)行加工。(４)優(yōu)化三角面?？梢栽谲浖袑θ敲孢M(jìn)行孔洞修補，優(yōu)化特征線(棱線)，光滑表面等操作，使點云數(shù)據(jù)更加完善。(５)對正坐標(biāo)系。根據(jù)測量技術(shù)的不同，有些點云在掃描時就已建立在整車坐標(biāo)系下，有些則沒有。對于不在整車坐標(biāo)系下的點云數(shù)據(jù)，需要通過點云上的特征(平面、圓孔或者圓球、圓柱等)來將其對正到整車坐標(biāo)系下。三、Ａ級曲面Ａ級曲面即Ｃｌａｓｓ￣Ａ，最初是由法國ＤａｓｓａｕｌｔＳｙｓｔｅｍ公司在開發(fā)大型ＣＡＤ/ＣＡＭ軟件包ＣＡＴＩＡ?xí)r提出并付諸應(yīng)用的，專指車身模型中對曲面質(zhì)量有較高要求或特殊要求的一類曲面，如外形曲面、儀表板和內(nèi)飾件的表面等。通常Ｃｌａｓｓ￣Ａ應(yīng)滿足下面幾點:(１)曲面應(yīng)是１個ｓｐａｎ、無多余ＩＳＯ線。(２)拼接曲面之間應(yīng)是Ｇ２連續(xù)的，特殊位置可能要求Ｇ３連續(xù)(如Ｙ０線兩側(cè))。半徑小于３ｍｍ的圓倒角可以適當(dāng)放寬要求，只滿足Ｇ１連續(xù)。(３)曲面在ｕ，ｖ方向上Ｄｅｇｒｅｅ值＝３~５，Ｄｅｇｒｅｅｍａｘ＝７，有些曲面Ｄｅｇｒｅｅｍａｘ＝９。(４)曲面必須光