手机外壳模具制作完整版.docx

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手机外壳模具制作完整版

课程（产品）设计

手机外壳模具制作

教学单位:

机电工程学院

专业:

机械设计制造及其自动化

班级:

09机械C（本）

学号:

29100101062

学生姓名:

XXX

指导教师:

XXX（高级工程师）

完成时间:

2013年05月05日

电子科技大学中山学院机电工程学院

课程（产品）设计任务书

题目

名称

手机外壳模具制作

设计

目的

1、以实际生活中的手机外壳为导向，掌握手机外壳的模具结构和模具模型；

2、掌握利用Pro/E等工具进行数控加工及其仿真技术；

3、掌握实际数控机床的操作并加工实物的凹模。

设计

条件

1、学习过工程制图、工程材料、CAM软件、Pro/E软件、模具设计、机床数控技术等课程；

2、具有完成设计任务所需要的计算机及相关硬件和软件配置；

3、有相关的设计参考书和参考手册；

4、中山有模具加工中心，方便学习和借鉴经验，学校有数控铣床和原材料，方便实际考察和操作。

设计

内容

及

要求

1、利用Pro/E软件生成模具加工刀路，使用仿真软件VERICUT对模具模型进行数控加工过程的仿真和进行NC程序优化，缩短加工时间，改进表面质量，检查过切、欠切，防止机床碰撞等；

2、用数控铣床加工手机外壳模具；

3.针对原产品出现的缺陷问题，对优化结果进行分析，提出对原有方案的改进意见。

设计

步骤

1、根据产品模型，对该产品作一定的改进；

2、利用Pro/E软件生成模具的刀具轨迹；

3、根据刀具轨迹，利用仿真软件VERICUT进行数控加工过程的仿真；

4、进行优化分析，确定加工方案，生成NC程序；

5、把生成的NC程序加载到数控铣床，加工出手机外壳的凹模。

成果

形式

1、课程报告一篇；

2、做出手机外壳的凹模。

参考

文献

[1]姜洪奎张蔚波苏树朋Pro/ENGINEERWildfire5.0数控加工行业应用实践机械工业出版社

[2]杨胜群VERICUT数控加工仿真技术清华大学出版社

[3]陈永辉Pro/ENGINEER模具分模特训基础与典型范例电子工业出版社

指导

教师

年月日

目录

1前言1

1.1Pro/ENGINEERWildfire5.0简介1

1.1.1Pro/ENGINEERWildfire5.0的特点1

1.1.2Pro/ENGINEERWildfire5.0的主要功能模快1

1.2Pro/ENGINEERWildfire5.0数控加工基础2

1.3VERICUT仿真软件简介2

1.4课题内容和安排2

1.5研究背景与意义3

2手机外壳凹模数控加工编程4

2.1铣削类型介绍4

2.1.1体积块铣削4

2.1.2轮廓铣削4

2.1.3端面铣削5

2.1.4曲面铣削5

2.1.5钻孔铣削5

2.2手机外壳凹模模型分析5

2.2.1手机外壳凹模尺寸分析5

2.2.2手机外壳凹模的毛坯6

2.3加工工艺分析6

2.3.1工件粗加工7

2.3.2局部曲面铣削8

2.3.3精加工平面9

2.3.4精加工曲面（或圆弧面）10

2.3.5局部精加工12

3数控模拟加工（ｖｅｒｉｃｕｔ加工仿真）13

3.1VERICUT仿真软件介绍13

3.2优化工件粗加工14

3.2.1加工时间的差别14

3.2.2表面质量的差别15

3.3局部曲面铣削的优化16

3.3.1加工时间的差别16

3.3.2表面质量的差别16

3.4精加工平面的优化18

3.4.1加工时间的差别18

3.4.2表面质量的差别19

3.5精加工圆弧面的优化19

3.5.1加工时间的差别19

3.5.2表面质量的差别20

3.6局部精加工的优化20

3.6.1加工时间的差别21

3.6.2表面质量的差别21

3.7VERICUT软件加工仿真总结22

4数控加工23

4.1数控加工概述23

4.2华中数控铣钻床简介23

4.3装夹工件24

4.4设定工作坐标系24

4.5机床加工25

4.5.1手机外壳凹模工件粗加工25

4.5.2手机外壳凹模局部曲面铣削27

4.5.3手机外壳凹模精加工平面28

4.5.4手机外壳凹模精加工圆弧面29

4.5.5手机外壳凹模局部精加工31

4.6数控加工总结32

5结束语33

参考文献34

致谢35

1前言

近年来，各种品牌的手机外壳以其独特的造型赢得了市场。

本设计意在改造一些现有的手机外壳，让其更独特，加工更简单，制造成本更低，以此赢得市场。

本次设计主要是制作手机外壳模具，包括生成模具体积快，确定加工方案，生成自动加工程序以及利用数控机床加工出凸凹模（加工其中一个）等内容。

主要利用Pro/ENGINEERWildfire5.0软件生成模具加工刀路，使用仿真软件VERICUT对模具模型进行数控加工过程的仿真和进行NC程序优化，缩短加工时间，改进表面质量，检查过切、欠切，防止机床碰撞等。

1.1Pro/ENGINEERWildfire5.0简介

Pro/ENGINEERWildfire5.0是美国参数化技术公司推出的CAD/CAE/CAM软件，他是一个集成软件，其功能非常强大。

利用该软件可以进行零件设计、产品装配、数控加工、钣金件设计、模具设计等，从目前的市场来看，它主要涉及的行业包括工业设计、机械、仿真、汽车、航天和玩具等[1]。

使用Pro/ENGINEERWildfire5.0软件进行开发设计，比使用其它软件要快几倍。

它具有统一的产品数据库管理功能，在零件设计、模具设计、加工制造等任何环节中对数据的修改都可以自动反映到其它相关的各个环节，从而保证设计和制造等各个环节数据的统一[1]。

1.1.1Pro/ENGINEERWildfire5.0的特点

Pro/ENGINEERWildfire5.0主要有下面的几个特点[7]：

①在Pro/ENGINEERWildfire5.0中，可以建立产品的真实三维模型。

②Pro/ENGINEERWildfire5.0是建立在单一数据库上的，模型中的所有数据都存储到同一个库中。

当更改三维模型的尺寸后，其相关的二维工程图、模具设计及数控加工等数据也会自动更改，这样可以保证数据的正确性。

③Pro/ENGINEERWildfire5.0以特征作为建模及数据存储的基础，如拉伸、斜度、圆角等。

1.1.2Pro/ENGINEERWildfire5.0的主要功能模快

①零件设计模块：

零件设计模块是最基本的模块，用于建立产品的三维模型。

它是装配、二维工程图、模具设计模块等的基础[7]。

②制造模块：

制造模块用于生成数控加工的加工刀具路径和数控加工程序，支持各种铣床、车床、线切割的加工[7]。

③模具设计模块：

模具设计模块提供了进行模具设计所需的各种工具，利用这些工具可以快速、方便、准确地设计出模具[7]。

④绘图模块：

绘图模块用于快速、准确地生成三维模型的二维工程图[7]。

1.2Pro/ENGINEERWildfire5.0数控加工基础

Pro/ENGINEERWildfire5.0的CAD/CAM系统模块中，除了提供建立计算机计算机几何模型的辅助设计工具外，还提供了在设计加工制造流程时所需的辅助制造工具，工作人员可以在产品设计、产品制造、生产流程上实现系列化，使设计人员在设计产品时得心应手，加工制造过程的设计更加快捷，生产更加有序，产品质量更有保证[1]。

Pro/ENGINEERWildfire5.0在设计NC加工制造流程上提供了功能强大的辅助制造工具（Pro/NC加工制造模块）。

利用Pro/NC加工制造模块可以将设计产品时的计算机几何模型与计算机辅助加工制造进行集成结合，利用加工制造过程中所用到的各项参数，如参考模型、工件、夹具、刀具、机床以及进给速度、主轴转速、跨距等加工参数，进行产品加工制造的设计[1]。

1.3VERICUT仿真软件简介

VERICUT软件是美国CGTECH公司开发的数控加工仿真系统，由NC程序验证模块、机床运动仿真模块、优化路径模块、多轴模块、高级机床特征模块、实体比较模块和CAD/CAM接口等模块组成，可仿真数控车床、铣床、加工中心、线切割机床和多轴机床等多种加工设备的数控加工过程，也能进行NC程序优化，缩短加工时间、延长刀具寿命、改进表面质量，检查过切、欠切，防止机床碰撞、超行程等错误;具有真实的三维实体显示效果，可以对切削模型进行尺寸测量，并能保存切削模型供检验、后续工序切削加工;具有CAD/CAM接口，能实现与UG.CATIA及MasterCAM等软件的嵌套运行。

VERICUT软件目前已广泛应用于航空航天、汽车、模具制造等行业，其最大特点是可仿真各种CNC系统，既能仿真刀位文件，又能仿真CAD/CAM后置处理的NC程序，其整个仿真过程包含程序验证、分析、机床仿真、优化和模型输出等[2]。

1.4课题内容和安排

本次设计是制作手机外壳模具，包括建立手机外壳的模具体积快，确定加工方案，生成自动加工程序以及利用数控机床加工出凸凹模（加工其中一个）等内容。

利用Pro/ENGINEERWildfire5.0软件生成模具加工刀路，使用仿真软件VERICUT对模具模型进行数控加工过程的仿真和进行NC程序优化，缩短加工时间，改进表面质量，检查过切、欠切，防止机床碰撞等。

在以上步骤完成时，利用生成的程式，到华中数控铣床加工本次设计的凸模或者凹模，让得理论知识与实际加工更好地结合起来。

1.5研究背景与意义

新世纪的今天，每一个人都离不开手机，随着手机需求量的不断增加，不同品牌的手机都得到了不同程度的发展。

人们对手机要求在打电话、上网、发信息等基本功能的基础上对手机的外观提出了新的要求，一款造型独特的手机外壳更能吸引人的眼球，懂得市场的需要才能赢得市场，占据一席之地，所以说手机外壳模具制作的意义重大。

社会要进步，企业要发展，适当改善一款手机外壳的意义十分重大，它是新时代的要求，把握好时机，推出一款独特的适宜加工的手机外壳，不仅能降低了制造成本，还能赢得市场，把握住发展的契机。

2手机外壳凹模数控加工编程

Pro/ENGINEERWildfire5.0NC提供了车削、铣削和钻削等多种切削加工的自动编程功能。

在加工环境设置方面，Pro/ENGINEERWildfire5.0NC可以灵活地对机床和工件坐标进行设置，在不同工序中设置不同的工件坐标系，便于实现工件的装夹，保证加工精度。

在建立制造模型方面，Pro/ENGINEERWildfire5.0NC提供了曲面驱动、实体驱动和特征驱动等CAM驱动模型，可以使加工模型的建立和刀具轨迹编辑修改实现参数化。

在刀位验证方面，Pro/ENGINEERWildfire5.0NC提供了动态模拟、实体仿真及过切检查功能。

由于Pro/ENGINEERWildfire5.0NC的加工设置完全符合实际加工，同时可以进行夹具及辅具设置，在进行实体仿真时，能够逼真地模拟加工全过程，得出加工后的工件样貌，同时直接转换到VERICUT软件中对刀具轨迹进行优化，减少刀具空切与夹具干涉和碰撞，大大提高了切削加工效率[1]。

2.1铣削类型介绍

数控铣床有多种铣削类型，不同的铣削方式能达到不同的效果，在不同的情况下，选择最合适的铣削方式，对缩短加工时间、改善加工工艺、保护刀具等，显得特别重要。

主要的铣削类型有：

体积块铣削、轮廓铣削、端面铣削、曲面铣削和钻孔铣削。

2.1.1体积块铣削

体积块铣削，根据加工几何资料（铣削体积块或铣削窗口），并配合适当的刀具几何数据、加工数据及制造参数设置，以等高分层的方式产生刀具路径数据，将加工几何范围内的工件材料去除[7]。

体积块铣削加工是指在等高面上切除待加工材料，其实质是一种二维半的分层处理加工方法。

在分层过程中，走刀轨迹可被限制在二维平面中，易于优化刀具轨迹，大大减少了空走刀现象，有效地缩短加工时间[7]。

2.1.2轮廓铣削

轮廓铣削操作可移除平面层中的大量材料，由于铣削后会残留余料，因此轮廓铣削最常用于在精加工操作之前对材料进行粗铣。

轮廓铣削加工是数控铣削加工方法的一种，可以加工垂直轮廓面，也可以加工倾斜度不大的轮廓斜面，通常作为零件轮廓的精加工使用，也可用于其精加工。

轮廓铣削加工要求加工轮廓曲面必须形成连续的刀路轨迹，并采用等高线方式沿着加工轮廓曲面进行分层加工[7]。

2.1.3端面铣削

端面铣削，又称“面削”，是是数控铣削加工方法的一种，可用于对大面积平面或平面度要求较高的平面（如平板、凸台面、平底槽、型腔与型芯的分型面）进行加工，但不适用于曲面加工。

端面铣削的加工，其刀具轴线垂直于切削层平面，并在水平切削层上创建刀具轨迹来去除工件平面上的材料余量[7]。

端面铣削是通过选择面区域来指定加工范围的一种操作，主要用于加工区域为面且表面余量一致的零件。

端面铣削可以实现平面的粗加工和精加工，尤其是加工平面面积较大时，使用端面铣削方法能够提高加工效率和加工质量[7]。

2.1.4曲面铣削

曲面铣削，根据加工几何特征（铣削曲面），并配合适当的刀具几何数据和加工参数，对工件的各种曲面进行加工操作。

曲面铣削是数控加工中比较高级的内容。

在机械加工中经常会遇见各种曲面的加工，如空间曲面轮廓零件，这类零件的加工为空间曲面，如模具、叶片、螺旋桨等。

空间曲面轮廓零件不能展开，加工时，铣刀与加工面始终为点接触，一般采用球头在3轴数控铣床上加工[7]。

曲面铣削是一种对曲面加工有效的加工方法，主要用于各种复杂曲面的半精加工和精加工，也可以用于规则零件轮廓的半精加工和精加工。

对曲面加工来说，可以借助其提供的非常灵活的走刀选项来实现对不同曲面特征的加工并满足加工精度要求[7]。

2.1.5钻孔铣削

钻孔铣削是机械加工中最主要的加工工艺之一，也是机械加工耗时最多的工序。

钻孔铣削加工用于各类孔系零件的加工，既可以采用钻刀加工出直径比较小的孔，也可以采用深孔钻刀加工较大孔深和直径比较大的深孔[7]。

2.2手机外壳凹模模型分析

2.2.1手机外壳凹模尺寸分析

手机外壳凹模的长度为180mm，宽为110mm，高为20.92mm，加工深度为6.2mm，平面、圆弧面都适合加工，没有细槽,手机外壳的凹模如图2-1所示。

图2-1手机外壳的凹模

2.2.2手机外壳凹模的毛坯

根据手机外壳凹模的长度为180mm，宽为110mm，高为20.92mm，加工深度为6.2mm，实验室中有240X120X50mm、230X110X50mm的毛坯，故选择230X110X50mm的毛坯进行加工，毛坯如图2-2所示。

图2-2手机外壳的凹模的毛坯

2.3加工工艺分析

手机外壳凹模的加工工艺分析主要是依据凹模的加工要求，在正确选择刀具和坐标系的基础上，来确定其工艺规划策略和加工参数。

加工参数的确定也是工艺分析的重要内容，其参数主要包括切削参数和刀具轨迹规划参数。

切削参数主要包括切削速度、进给量、切削深度和主轴转速等铣削加工参数，它们的选取与加工时间、加工表面质量、加工精度、机床的切削力和切削效率，以及加工费用等都有直接影响，而且很多约束条件又是互相制约的，因此在确定其具体参数值时，应综合考虑多方面因素，选取较佳组合。

刀具轨迹规划参数主要包括走刀方式、跨度、安全距离，以及刀具的切入和切出形式等，它们直接决定了刀具的走刀轨迹。

其中，走到方式是指加工过程中刀具轨迹的分布形式，是刀具轨迹规划中最重要的参数，它直接影响着模具零件的加工质量和加工效率。

走刀方式主要包括单向走刀、往复走刀和环切走刀3种形式。

由于单向走刀方式增加了提刀和空走刀，切削效率较低，往复走刀方式和环切走刀方式，切削效率较高。

常用的切入和切出方式有垂直切入切出、斜线切入和螺旋轨迹下降切入。

垂直切入方式容易是负荷突然增大而导致刀具折断，一般宜采用倾斜下刀或螺旋下刀方式。

2.3.1工件粗加工

以毛坯顶面中点为原点坐标，选用直径为10的平底刀，进给量为100，主轴转速为2000，跨度为5，切削深度为2，安全距离为2，刀具斜线（5度）切入，加工余量为0.5，选择往复走刀方式或其它走刀方式。

刀具设置如图2-3所示，参数设置如图2-4所示。

图2-3设置刀具

图2-4设置加工参数

2.3.2局部曲面铣削

以毛坯顶面中点为原点坐标，选用球刀R8对手机外壳凹模的曲面进行局部铣削，进给量为100，主轴转速为2000，跨度为0.2，安全距离为2，允许粗加工余量为0.2，灵活选择走刀方式。

刀具设置如图2-5所示，参数设置如图2-6所示。

图2-5刀具设置

图2-6设置加工参数

2.3.3精加工平面

以毛坯顶面中点为原点坐标，选用直径为8的平底刀精加工顶平面和底平面，进给量为100，主轴转速为2000，跨度为2，安全距离为2，灵活选择走刀方式。

刀具设置如图2-7所示，参数设置如图2-8所示。

图2-7刀具设置

图2-8设置加工参数

2.3.4精加工曲面（或圆弧面）

以毛坯顶面中点为原点坐标，选用R2的球刀加工圆弧面，进给量为100，主轴转速为2000，跨度为0.1，安全距离为2，灵活选择走刀方式。

刀具设置如图2-9所示，参数设置如图2-10所示。

图2-9刀具设置

图2-10设置加工参数

2.3.5局部精加工

以毛坯顶面中点为原点坐标，选用R2的球刀或直径为4的平底刀对一些没有加工到的局部轮廓进行局部精加工，进给量为100，主轴转速为2000，跨度为0.5，安全距离为20，灵活选择走刀方式。

刀具设置如图2-11所示，参数设置如图2-12所示。

图2-11刀具设置

图2-12设置加工参数

3数控模拟加工（VERICUT加工仿真）

数控加工的最终目的是根据零件的设计工艺要求，采用手工或自动编程软件编制控制刀具走刀的路径文件，然后将文件传输到如数控铣床、加工中心等数控加工设备，生产出质量及格的产品。

整个工艺加工过程中，数控编程是数控加工过程最重要也是最复杂的工艺过程。

利用VERICUT软件对自动编程软件生成的程式进行加工仿真，观察加工后的表面质量能不能达到预期效果，或者实现不同加工方式的对比，从而选择最优的加工方案，以降低加工成本。

3.1VERICUT仿真软件介绍

VERICUT仿真软件可以辅助Pro/ENGINEERWildfire5.0软件进行数控加工的模拟仿真，由VERICUT仿真软件可清楚地看到加工后的零件表面情况，以及发现加工过程中可能出现的一些问题。

同时也能进行NC程序优化，缩短加工时间、延长刀具寿命、改进表面质量，检查过切、欠切，防止机床碰撞、超行程等错误;具有真实的三维实体显示效果，可以对切削模型进行尺寸测量，并能保存切削模型供检验、后续工序切削加工。

VERICUT仿真软件的最大特点是可仿真各种CNC系统，既能仿真刀位文件，又能仿真CAD/CAM后置处理的NC程序，其整个仿真过程包含程序验证、分析、机床仿真、优化和模型输出等。

总之，利用VERICUT仿真软件能很好地进行数控模拟加工仿真。

VERICUT仿真软件工作界面如图3-1。

图3-1VERICUT仿真软件工作界面

3.2优化工件粗加工

优化工件粗加工也就是在没有过切的前提下，找出最优的加工参数，最好的走刀方式，通过选择不同的切削参数，不同的加工刀具轨迹，然后通过VERICUT仿真软件模拟仿真，看看哪一种加工方式，加工出来的效果最符合实际要求，然后选择最佳的加工方案，以此来更好地达到降低加工时间，达到提高凹模表面质量的效果。

3.2.1加工时间的差别

选择直径为10的平底刀对毛坯进行粗加工，工件粗加工的基本加工参数为：

切削进给100，跨度5，余量0.5，最大台阶深度2，斜向角度5度，安全距离2，主轴转速2000，不同刀路轨迹的加工时间分别为：

类型3和常数加载为327分钟；保持切削类型、仿形和TYPE_SPIRAL都为236分钟；保持切削方向为310分钟；根据加工时间得出的初步结果是刀具轨迹选择保持切削类型、仿形和TYPE_SPIRAL其中一种较为合适（它们的加工时间报告如图3-2、3-3、3-4所示）。

图3-2类型3/常数加载的加工时间图3-3保持切削类型/仿形/TYPE_SPIRAL的加工时间

图3-4保持切削方向的加工时间

3.2.2表面质量和刀路轨迹的差别

保持切削类型、仿形和TYPE_SPIRAL这三种刀路轨迹，通过VERICUT仿真软件模拟仿真观察发现三种刀路轨迹加工后的零件表面质量相差不大，相对来说，保持切削类型的刀路轨迹更合理，能做到更少地走空刀，走刀比较有规律，所以选择保持切削类型更合适。

三种类型的刀路轨迹如图3-5、3-6、3-7所示；三种刀路轨迹通过VERICUT仿真软件模拟仿真得到的表面质量如图3-8、3-9、3-10所示。

图3-5保持切削类型的刀路轨迹图3-6仿形的刀路轨迹

图3-7TYPE_SPIRAL的刀路轨迹图3-8保持切削类型的加工表面

图3-9仿形的加工表面图3-10TYPE_SPIRAL的加工表面

3.3局部曲面铣削的优化

局部曲面铣削的优化是在没有过切的前提下，找出最优的加工参数，最好的走刀方式，通过选择不同的切削参数，不同的加工刀具轨迹，然后通过VERICUT仿真软件模拟仿真，看看哪一种加工方式，加工出来的效果最符合实际要求，然后选择最佳的加工方案，以此来更好地达到降低加工时间，达到提高凹模表面质量的效果。

3.3.1加工时间的差别

选择R3的球刀进行局部曲面铣削，局部曲面铣削的基本加工参数为：

切削进给100，跨度0.2，余量0.2，安全距离2，主轴转速2000，不同刀路轨迹的加工时间分别为：

类型1、类型2和类型3为140分钟；类型-方向为272分钟；根据加工时间得出的初步结果是刀具轨迹选择类型-方向较为合适（它们的加工时间报告如图3-11、3-12所示）。

图3-11类型1/类型2/类型3的加工时间图3-12类型-方向的加工时间

3.3.2表面质量和刀路轨迹的差别

类型1、类型2、类型3、类型-方向这四种刀路轨迹，通过VERICUT仿真软件模拟仿真观察发现三种刀路轨迹加工后的零件表面质量类型-方向的表面质量最好，然后是类型2，然后是类型1，最后是类型3，总的来说都加工到位。

由于还留有加工余量，表面质量可由最后的精加工来保证，所以这里选择表面质量最好、刀路轨迹最合理的类型-方向，所以选择类型-方向的刀路轨迹更合适（它们的刀路轨迹、表面加工质量如图3-13、3-14、3-15、3-16、3-17、3-18、3-19、3-20所示）。

图3-13类型1的刀路轨迹图3-14类型2的刀路轨迹

图3-15类型3的刀路轨迹图3-16类型-方向的刀路轨迹

图3-17类型1的表面质量图3-18类型2的表面质量

图3-19类型3的表面质量图3-20类型-方向的表面质量

3.4精加工平面的优化

精加工平面的优化是在没有过切的前提下，找出最优的加工参数，最好的走刀方式，通过选择不同的切削参数，不同的加工刀具轨迹，然后通过VERICUT仿真软件模拟仿真，看看哪一种加工方式，加工出来的效果最符合实际要求，然后选择最佳的加工方案，以此来