半成品手机壳模加工.docx
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半成品手机壳模加工
目录
摘要1
第一章绪言2
1.1毕业设计的目的2
1.2加工产品概述3
第二章加工工艺要求的基本任务和要求4
2.1基本任务4
2.2加工要求7
第三章加工工艺设计的方法和步骤9
3.1加工零件类型的确定9
3.2零件材料的分析10
3.3分析零件图11
3.4选择毛坯13
4.5选择机床14
3.6选择刀具16
3.7工件的固定18
3.8加工工艺路线19
3.9常见问题20
3.10确定切削用量21
第四章夹具的设计24
4.1夹具设计的目的和要求25
4.2夹具设计的步骤26
4.3夹具图形27
结论29
致谢30
参考文献31
摘要
数控加工取决于合理的加工工艺，加工工艺包含机床、刀具、夹具的选择，毛坯的制造，加工工序等。
手机屏幕属于非金属材料的加工，必须采用特殊的机床、刀具和夹具。
因此零件的加工工艺直接影响着零件的尺寸精度、外型和表面质量。
关键词：
加工工艺、夹具
第一章绪言
1.1毕业设计的目的
大学生毕业设计的目，主要有两个方面：
一是对学生知识和能力进行一次全面的考核，二是对学生进行科学研究基本功的训练，培养学生综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后学生在专业领域的发展打下良好的基础。
撰写毕业设计的过程是训练学生独立进行科学研究的过程。
通过毕业设计的编辑，可以使学生掌握如何收集、整理和利用材料，如何观察、调查、作样本分析，如何利用图书馆检索文献资料等。
撰写毕业设计也是学生对专业知识学习的过程，而且是更生动，更切实，更深入的专业知识的学习过程。
并且在毕业设计中可以体现出学生对专业的知识的掌握程度和对专业的独特理解，根据专业知识和自己的大胆创新，设计出属于自己的产品。
1.2加工产品概述
本产品是手机屏幕的防爆玻璃的加工。
由于手机是现在的人们生活当中不可缺少的生活用品，而且现在的手机市场越来越有竞争所以在手机的质量有了一定的要求，就包括屏幕的选择。
在我们机械行业中一般以铁件为主，但是本产品是以玻璃为加工毛胚，而且在加工过程中用到的刀具和夹具是专用的。
在加工过程中必须要注意到刀具的磨损和底座的安装。
在加工的过程中要注意玻璃的放置，一定要放平，不能有倾斜。
加工的时候必须要打开冷却液，不然在加工过程中会烧刀。
本产品的加工所用的机床是北京精雕机，在玻璃加工中要考虑毛胚的材料。
加工过程中所选的刀具是砂轮棒。
第二章手机屏幕外型加工工艺要求的基本任务和要求
2.1基本任务
2.1.1工艺设计的基本任务
合理确定数控加工工艺对实现优质、高效和经济的数控加工工具有极为重要的作用。
其内容包括选择合适的机床、刀具、夹具、走刀路线和切削用量等，只有选择合适的工艺参数及切削策略才能获得较理想的加工效果。
从加工的角度看，数控加工技术主要是围绕加工方法与工艺参数的合理确定及其实现的理论与技术。
数控加工通过计算机控制刀具做精确的切削加工运动，是完全建立在复杂的数值运算之上的，它能实现传统的机加工无法实现的合理、完整的工艺规划。
工艺设计的基本任务总共分为九个部分：
1.定位基准的选择
定位基准选择正确与否不仅直接影响数控加工零件的加工精度，还会影响到
夹具结构的复杂程度和加工效率等。
2.加工方法和加工方案的确定
加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。
由于获得同一精度和表面粗糙度的加工方法有许多，因而在实际选择时，要结合选用零件的结构形状、尺寸大小等全面考虑。
确定零件的加工方法，实际上就是依据零件要求的加工精度和表面粗糙度及零件的结构特点，把零件的每一几何表面的加工方案确定下来，按合理的加工工艺排列起来，也就是确定了零件的加工工艺方案。
3.加工工艺的安排
加工工艺安排得合理与否，将直接影响到产品的加工质量、生产率和加工成
本。
4.对刀点的确定
所谓对刀是确定工件在机床的位置，也即是确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系。
选择对刀点的原则是：
便于确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置，容易找正，加工过程中便于检查，引起的加工误差小。
对刀点可以设在工件、夹具或机床上，但必须与工件的定位基准有已知关系。
5.刀具走刀路线的确定
走刀路线是指数控加工过程中刀具相对于被加工工件的运动轨迹。
设计好走
刀路线是编制合理加工程序的条件之一。
确定走刀路线的原则是：
1.保证被加工工件的精度和表面质量；2.减短加工时间。
6.工件的装夹
在数控加工时，无论数控机床本身具有多高的精度，如果工件因装夹不合理而产生变形或歪斜，就会因此降低零件加工精度。
要正确装夹工件，必须合理地选用数控夹具或底座，才能保证加工出高质量的产品。
7.刀具的选择
刀具的合理选择和使用，对于提高数控加工效率、降低生产成本等方面有十分重要的作用。
面对零件加工几何面的不同，来选择合适的刀具或制作专用刀具。
8.切削用量的确定
切削用量包括主轴转速、背吃刀量和进给速度。
切削用量的合理选择将直接影响加工精度、表面质量、生产率和经济性，通常选择切削用量的原则是：
粗加工时，主轴转速小、背吃刀量大、进给速度大；精加工则反之。
9.编程误差及其控制
除零件程序编制过程中产生的误差外，影响数控加工精度的还有很多其他误差因素，如机床误差、系统插补误差、伺服动态误差、定位误差、对刀误差，刀具磨损误差、工件变形误差等，而且它们是加工误差的主要来源。
因此，为保证精度要求，必须将这些误差严格控制在零件公差要求之内。
2.1.2夹具设计的基本任务
通常各类数控加工都是采用夹具使工件夹紧和定位，但由于加工零件外型和材料的特殊；因此，利用零件的特点制作出专用的夹具来使工件定位；然后用压缩机产生真空的效果，将工件吸紧以达到固定的效果（具体内容，后文将详细介绍）。
夹具属于模具的一种，一个夹具的任务要求也就是模具设计的要求，要制作出符合要求的夹具大致可分为五个部分：
1、工装夹具应具备足够的强度和刚度。
夹具在生产中投入使用时要承受多种力度的作用，所以工装夹具应具备足够的强度和刚度。
2、夹紧的可靠性。
夹紧时不能破坏工件的定位位置和保证产品形状、尺寸符合图样要求。
既不能允许工件松动滑移，又不使工件的拘束度过大而产生较大的拘束应力。
3、焊接操作的灵活性。
使用夹具生产应保证足够的装焊空间，使操作人员有良好的视野和操作环境，使焊接生产的全过程处于稳定的工作状态。
4、便于焊件的装卸。
操作时应考虑制品在装配定位焊或焊接后能顺利的从夹具中取出，还要制品在翻转或吊运使不受损害。
5、良好的工艺性。
所设计的夹具应便于制造、安装和操作，便于检验、维修和更换易损零件。
设计时还要考虑车间现有的夹紧动力源、吊装能力及安装场地等因素，降低夹具制造成本。
2.2加工要求
2.2.1工艺设计的要求
一个合理的加工工艺的确定必须考虑数控加工本身的特点和零件编程要求。
加工工艺的确定在必须保证零件的要求下，工序过程应是越简单越好。
这样就可以减少过程中的误差。
合理的加工工艺设计必须注意以下几点：
1.工艺工作要求应相当准确而严密
数控机床虽然自动化高，但适用性差，它不能像普通机床加工那样可以根据
加工过程中出现的问题自由地进行人为的调整。
所以，在数控加工的工艺设计中必须注意加工过程中的每一个细节，尤其是对图形进行数学处理、计算和编程时一定要力求准确无误。
2.工序集中
由于现代数控机床具有精度高、切削参数范围广、多工位等特点。
因此，在工件一次装夹中尽量完成多个表面的加工，从而缩短加工工艺路线和生产周期、减少加工设备等。
3.处理特殊工艺问题
处理特殊的工艺问题，如对刀点、换刀点的选择，加工路线的确定，刀具
补偿等。
4.装夹问题
尽量做到装夹次数少，避免装夹过程中造成的误差；装夹时不但要固定紧，
并且不能破坏加工零件，造成零件表面刮伤或潜在伤痕。
5.测量问题
要保证加工尺寸的精确性，应采用高科技电子设备和常用量具组合，如电子
扫描投影仪、针规等。
最好是完成一个工序测量一次以保证零件的各个尺寸的精度。
6.加工参数问题
应该选择合适的加工参数，特别应考虑加工材料和刀具的特殊性，避免参数设置不正确而产生对加工零件的影响。
2.2.2夹具设计的要求
夹具设计的要求可分为以下六个方面：
1、夹具必须能够完成零件的加工工序；
2、必须给夹具指定所使用的设备，并符合该设备的技术参数；
3、在夹具的有效期内加工出来的零件，必须能保证零件的尺寸公差在零件图纸的允许范围之内；
4、对于剪切、冲裁夹具要保证使用期内的冲裁次数，并且磨模能顺利、简单地执行；
5、对于特殊工艺的夹具，要有夹具设计人员编写的使用方法及注意事项；
6、夹具在安装拆卸时，如果需使用特殊工具。
其特殊工具的图纸应与全套夹具图纸一并提交。
第三章手机屏幕外型加工工艺设计的方法和步骤
3.1加工零件类型的确定
在现在的时代背景下，手机越来越受人们的青睐，加之手机的功能越来越丰富人们越来越离不开手机。
所以本次设计是针对苹果手机的屏幕的一次设计。
经调查，2004年新增加的手机用户超过了9100万，到2010年全球将有43%的人成为手机用户。
从目前到2010年亚太地区手机用户的增长步伐最快，尤其像发展中国家印度和中国。
报告指出，未来数年内，非洲的手机用户同样显示出强劲增长。
苹果公司是一家世界闻名的电子产品的大公司，公司旗下的产品科技含量高，性能好，在世界各地占有广阔的市场。
苹果公司生产的手机以商务手机为主，价格相对偏高，但产品的品质受到广泛的赞誉。
本次加工的手机屏幕就是苹果手机的一款，这是09年度最畅销的手机款式之一。
如下图所示：
（左图为手机款型，右图为手机屏幕）
iPhone3G手机屏幕
上图右图就是本次加工的手机屏幕的外型，将这款手机屏幕外型自定加工零件编号为880624，因此本次加工的零件可定为880624的加工，880624为半成品。
注：
本款手机为触摸屏手机
3.2零件材料的分析
手机屏幕的材质比较特殊，属于非金属材料的加工。
手机屏幕的材质一般为有机玻璃、树脂等高分子材料。
880624的材料采用有机玻璃（PMMA）。
有机玻璃的化学名称叫聚甲烯酸甲酯，是由甲基丙烯酸酯聚合成的高分子化合物。
有机玻璃的力学性能和光学性能等,通过试验得到了常温和冻结温度的有机玻璃的性能数据;提出了常温时光塑性条纹是应变条纹,冻结温度下光塑性条纹是应力条纹的观点;用有机玻璃来模拟塑性加工的挤压工艺,证明有机玻璃是较为理想的模拟金属塑性大变形的光塑性材料。
有机玻璃是手机屏幕常用的一种材料之一。
有机玻璃在制造业中是一种很好的加工材料。
具有很多优良的特性：
1高度透明性。
有机玻璃是目前最优良的高分子透明材料，透光率达到92％，比玻璃的透光度高。
2机械强度高。
有机玻璃的相对分子质量大约为200万，是长链的高分子化合物，而且形成分子的链很柔软，因此，有机玻璃的强度比较高，抗拉伸和抗冲击的能力强。
3重量轻。
有机玻璃的密度为1.18kg/dm，同样大小的材料，其重量只有普通玻璃的一半，金属铝（属于轻金属）的43％。
4易于加工。
有机玻璃不但能用车床进行切削，钻床进行钻孔，而且能用丙酮、氯仿等粘结成各种形状的器具，也能用吹塑、注射、挤出等塑料成型的方法加工成大到飞机座舱盖，小到假牙和牙托等形形色色的制品。
根据以上几点可以说明有机玻璃是电子电器玻璃镜片的良好材料。
除了以上的加工特性意外，有机玻璃本身还具有许多优良的性质，对于手机等电子电器产品来说也是必须的性质。
如透光率、耐磨损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、防辐射、导电、导磁、绝缘和装饰等不同的功能要求。
并且手机屏幕也是作为手机的一种装饰，可以根据不同的客户和不同的构件需求实现高水平装饰。
给最终用户更完美、更轻、更坚实、更多不同个性化的选择。
3.3分析零件图
一、0623的零件图
根据图样可以分析，零件的加工部位主要分为外型、圆孔和方孔三个大块。
但每块都有许多精细、复杂的部位。
如外型应保证尺寸、上下面的倒角；圆孔应开孔、保证尺寸和上下边的倒角；方孔应打通孔、上边和下边不同角度的倒角。
图1图2
图1为外型侧面图，C1为面的上下边的倒角
图2为圆的上下边倒角
图3为方孔，A为下倒角，倒角度为45度
A1为上倒角，倒角度为75度
图3
二、零件图尺寸分析
外型：
L1*L2*L3*L4=109.41*56.06*8.26*28.03
圆孔：
Φ=10.99
方孔：
下边，宽*长*左右偏差*边距=1.12-1.15*9.92-9.95*7.69-7.72*23.07
上边，宽*长*左右偏差*边距=1.19*9.99*7.66*23.04
零件的厚度：
1.13-1.15C1=0.2
注：
上述尺寸单位默认为mm
3.4确定毛坯
根据880624零件图形尺寸可知，880624的长度为109.41，宽度为56.06。
为了让零件既精确又快速的加工，零件的加工余量不能过大也不能过小。
并且根据图型分析，毛坯使用半成品更佳。
左图为半成品毛坯
长度为：
110.21-110.41
宽度为：
56.86-57.06
厚度为：
1.13-1.15
此毛坯为有机玻璃材质，经过了玻璃的仿型、平磨两道工序。
因此，毛坯的上下表面的平面度非常精确。
为后面毛坯的固定垫下基础。
4.5选择机床
切削机床的品种和规格繁多，在做出合理的加工工艺时应选择合适的机床，才能高效都，精确的加工出零件。
通常机床的选择应该考虑几个方面：
①机床的加工性质和所用刀具；②机床的工艺范围宽窄；③机床的工作精度；④机床的重量；⑤机床的技术参数五个因素。
综合上述因素考虑，此次加工采用精雕机。
精雕机是属于铣床的一种，目前，精雕机已被广泛应用于新兴的玻璃面板生产中，精雕机以其高精度、高稳定性的特点被行业内定为玻璃面板加工专用机。
精雕机在玻璃面板加工中主要被应用于钻孔、开槽和精修外边，其中，可以加工最小孔径仅为0.8mm的孔槽，可加工玻璃的厚度可达20mm，可使用最大直径为50mm的磨头。
精雕机在玻璃面板加工中的表现
1、产能。
对于实际生产来说，组建生产线进行生产优势更大，组线可将
生产工序拆分，这样生产效率会提高，成品率也会随之提高。
2、崩边控制。
根据产品的不同略有差异，带倒角的产品可保证0.05mm
以内的崩边，不带倒角的产品的崩边也可控制在0.1mm以内。
3、产品尺寸精度控制。
整体来说，精雕机加工玻璃产品的尺寸精度可以确
保150mm范围内±0.01mm、250mm内±0.02mm.
4、生产稳定性。
精雕不仅可以保证单台设备加工的产品一致性较好，而且其在客户处表现已证明上千台同型号精雕机加工同一产品的尺寸一致性高达96%。
针对客户的不同需求，精雕机以多种款型及配置予以满足。
例如，全封闭结构可以满足客户生产车间的高要求；配备刀库及自动换刀的设备可提升生产自动化程度；配备CCD系统可方便地进行丝印后的自动定位及高效加工。
由于市场的需求，现在精雕机的生产厂家很多，其中比较著名的厂家有北京精雕、北京铭龙、南京威克等。
因此本次设计加工采用北京精雕中的麒雕。
左图为北京精雕机的麒雕机，机身小、精度高，是0623的最佳加工机床。
精雕机不仅在玻璃面板行业受到青睐，并且已涉足玻璃制品的其他行业，比如高档装饰开关板、光学仪器透光板、航空航天透光板、家用电器透光板、宝石镜面板等等。
3.6选择刀具
刀具卡
产品名称或代号
880624
零件名称
手机屏幕外型
零件图号
程序编号
工步号
刀具号
刀具名称
刀柄型号
刀具
补偿值/mm
备注
直径/mm
长度/mm
1
T01
外形刀
10
32
2
T02
双面打孔刀
10
32
3
T03
扩孔刀
10
32
4
T04
粗加工刀
10
32
5
T05
精加工刀
10
32
编制
审核
批准
共1页
第1页
刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。
数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。
刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。
一般刀具应该具有以下几个特点：
1刀具的类型、规格和精度等级应能够满足加工要求，刀具材料应与工件材料相适应；
2切削性能好；
3寿命高，切削性能稳定、可靠；
4精度高；
5可靠性高；
6耐用度高。
刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。
应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。
刀具选择总的原则是：
安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。
在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。
根据上述刀具的要求和零件的需求，本次加工采用通用连接刀杆和特制切削刀刃。
刀杆是由白钢制成，切削部分是由白钢外渡金刚砂制成的，利用金刚砂的摩擦力磨削。
特制刀具集中了铣床的外形和磨床的原理。
1图2图3图4图5图
上述为本次加工的所有刀具，不同的工序的刀具部分，渡金刚砂的粗糙度也不同。
1图中A为45°的倒角，该部分被用于0623上下边的倒角；2部分的砂砾特别细，用于外形和圆孔的精加工；3部分砂砾比较粗糙，用于外形和圆孔的粗加工；4部分和3部分砂砾一样粗糙，4为内锥孔，用于圆孔的开粗；
2图中1部分为主要切削刃，用于方孔的开粗；
3图中1部分为主要切削刃，用于880624方孔反面的扩大；
4图中1部分为主要切削刃，用于880624方孔正面倒角的粗加工；
5图中1部分为主要切削刃，用于880624方孔正面倒角的精加工。
其中刀杆的直径都为8mm，刀具长度为32mm,刀杆部分为白钢制造，刀刃部分为白钢渡金刚砂。
刀具尺寸为标准化，便于刀具装夹。
3.7工件的固定
随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对装夹精度要求相应提高。
由于880624外形、材料和尺寸的特殊性，毛坯的固定不能使用铣床的虎口嵌装夹。
因此，根据880624的特性，本次决定将放置和固定分两步进行。
本次设计采用塑料模具制作底座，底座中心设计一个通孔，将底座与零件接触面设计成许多凹面空间，将零件放置在底座上，底座和零件形成一个封闭的空间。
在机床才外部采用空气压缩机，制造真空气流，真空气流与底座下面的通孔连接。
关闭真空气流时，将毛坯放在底座上，放好以后开启真空气流，利用零件与底座的封闭空间，将零件吸附在底座上，达到固定的效果。
加工完后关闭真空气流就可以将零件取下。
在工件固定时，需注意几个方面；①真空气流大小需适中，大了可能导致玻璃开裂，小了不能将工件固定紧；②由于玻璃表面的平滑，为形成封闭的空间创造良好的环境因素。
关于880624的定位，后面底座部分详细分析。
3.8加工工艺路线
数控加工工艺卡
单位名称
产品名称
零件名称
零件图号
手机屏幕外型
880624
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
北京精雕机
工步号
工步内容
刀具号
主轴转速
rpm
进给速度
m/min
背吃刀量
备注
1
加工圆孔及圆边倒角·
T01
15000
0.5
2
加工边及边倒角
T01
15000
0.65
3
打方孔
T02
15000
0.45
4
方孔扩大
T03
15000
0.65
5
反面方孔倒角粗加工
T04
15000
0.45
6
方孔倒角精加工
T05
15000
0.7
编制
审核
批准
2010.4.20
共1页
第1页
加工工艺安排得合理与否，将直接影响到零件的加工质量、生产率和加工成本，合理进行工序组合，尽量采用工序集中。
根据880624图样分析，可分为外型圆孔、开粗方孔、反面方孔扩大、正面方孔倒角粗加工和正面方孔倒角精加工五个工序，将五道工序依次简称为外型、打孔、扩孔、粗加工和精加工。
外型，使用1号刀具：
①利用C部位对外型进行粗加工；②利用B部位对外型进行精加工；③利用A部位进行外型上下倒边的加工；④利用D部位对圆孔进行开粗，此切削为刀具高速旋转变速螺旋下刀；⑤利用B部位对圆孔进行精加工；⑥利用A部位对圆孔进行上下倒边的加工。
打孔，使用2号刀具：
①在正面对方孔进行开粗，开粗深度大于毛坯厚度的一半；②在反面对方孔进行开粗，使方孔变为通孔。
扩孔，使用3号刀具：
在反面对开粗的方孔扩大，边的45°倒角。
粗加工，使用4号刀具：
在正面对开粗的方孔扩大，边的60°倒角。
精加工，使用5号刀具：
在粗加工的基础上对边进行75°倒角，尺寸要求十分精确。
注：
以上为880624加工的整个工序工艺，上述的正面和反面为相对的，不是固定面，刀具图请看3.6刀具选择部分。
3.9常见问题分析
在加工过程中由于各种因素会引发不同的加工问题，而这些问题可导致零件成为次品，甚至是废品。
因此，应尽量克服在加工过程中的种种不良因素。
来保证零件的质量。
以下就是加工过程中出现的问题和原因。
尺寸不符：
未进行试运行，未进行刀具半径补偿；
切边、切角：
安装毛坯的定位误差；
烧边：
切削进给过大，未加冷却液；
上下倒边大小不相等：
Z轴定位误差；
崩边：
刀具磨损严重；
开裂：
底座不清洁；
圆孔，方孔的边距不标准：
X、Y轴定位误差；
切削面的振纹、刀痕：
刀具渡砂不均。
3.10确定切削用量
一、精雕机机械性能参数指标
性能指标
标准值
X、Y、Z轴运动定位精度
0.02/300mm
X、Y、Z轴重复定位精度
0.01mm
X、Y、Z轴工作行程
400*400*200mm
工作台尺寸
490*430mm
最大工作负重量
200Kg
工作台承压变形量
<0.02mm（200Kg）
床体重量
3400Kg
主轴转速
3000—18000rpm
快速移动速度
12m/min
最高切削进给速度
6m/min
驱动系统
交流伺服
工作电压
三相380v/50Hz
机床外形尺寸
1700*1470*2000mm
2、切削用量
1.切削用量的选择原则
数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，包括主轴转速、背吃刀量、进给速度等，并以数控系统规定的格式输入到程序中。
切削用量对于不同的加工方法，需选用不同的切削用量。
合理的选择切削用量，对零件的表面质量、精度、加工效率影响很大。
这在实际中也很难掌握，要有丰富的实践经验才能够确定合适的切削用量。
在数控编程时只能凭借编程者的经验和刀具的切削用量推荐值初步确定，而最终的切削用量将根据零件数控程序的调试结果和实际加工情况来确定。
切削用量的选择原则是：
粗加工时以提高生产率为主，同时兼顾经济性和加工成本的考虑；半精加工和精加工时，应同时兼顾切削效率和加工成本的前提下，保证零件的加工质量。
值得注意的是，切削用量（主轴转速、切削深度及进给量）是一个有机的整体，只有三者相互适应，达到最合理的匹配值，才能获
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