手机外壳型腔建模与NC加工说明书

1、 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 1 页 第 1 章 绪论 1.1 塑料成型模具在加工工业中的地位 模具是利用其特定形状成型具有一定形状和尺寸的制造工具。成型塑料制 品的模具叫做塑料模具。 全面要求是：能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等方面均能满足使用 要求的优质制品。从模具使用角度，要求高效率、自动化、操作简便；从模具 制造角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。 塑料模具影响着塑料制品的质量。首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光 洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸和形状精度 以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性、外观质量、 表面光洁度、

2、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。其次，在塑料 加工过程中，模具结构对操作难易程度影响很大。在大批量生产塑料制品时， 应尽量减少分模。合模和取制件过程中的手工劳动，为此常采用自动开合模和 自动顶出机构。在全自动生产时还要保证制品能自动从模具上脱落。另外，模 具对塑料制品的成本也有相当的影响。除简易模具外，一般来说制模费是十分 昂贵的，一副优良的注射模具可生产制品百万件以上，压制模约能生产二十五 万件。当批量不大的时候，模具费用在制件成本中所占比例将会很大，这时应 尽可能地采用结构合理而简单的模具，以降低成本。 现代塑料制品中合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少的 三项重要

3、因素，尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求，塑料制件使用要求 和造型设计起着重要作用。高效的全自动的设备也只有装上能自动化生产的模 具才能发挥基效能，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提。由于 工业塑件和日用塑料制品的品种和产量需求量很大，对塑料模具生产不断向前 发展。 1.2 塑料成型模具发展趋势 随着塑料成型加工机械和成型模具的迅速增长，高效率、自动化、大型、 微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占比例越来越大。从模具设计 和制造技术角度来看，模具的发展趋势可归纳为以下几个方面： 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 2 页 1.2.1 加深理论研究 在模具设计中，对工艺原

4、理的研究越来越深入，模具设计已经由经验设计 阶段逐渐向理论计算方面以发展。 1.2.2 高效率、自动化 大量采用各种高效率、自动化的模具结构，如高效冷却以缩短成型周期； 各种能可靠地自动脱出产品和流道凝料的脱模机构；热流道浇注系统注射出模 具等。高速自动化的塑料成型机械配合以先进的模具，对提高生产效率，降低 成本起了很大作用。 1.2.3 大型、超小型及高精度 由于模料应用的扩大，塑料制件已应用到建筑、机械、电子、仪器、仪表 等各个工业领域，于是出现了各种大型、精密和高寿命的成型模具，为了满足 这些要求，研制了高强度、高硬度、高耐磨性能且易加工，热处理变小、导热 性能优异的制模材料。 1.2.

5、4 革命模具制造工艺 为了更新产品花式和适应小批量产品的生产要求，除大力发展高强度、高 耐磨性的材料外，同时又重视简易制模工艺研究。 1.2.5 标准化 开展模具标准化工作，使模板，导柱等通用零件标准化、商品化，以适应 大规模地成批生产塑料成型模具。 1.2.6 开发计算机辅助设计与辅助制造（cad/cam） 随着计算机技术的发展，计算机已广泛应用于模具工业，在注射成型系统 中，针对每一个环节都可将计算机作为辅助工具而加入。构成该环节的 cad 或 cam 或 cae。 1、塑件设计 塑件的设计包括塑件结构、尺寸、精度、表面、性能等方面的设计。塑件 设计方面的计算机辅助技术有：塑件 cad、塑

6、料、辅料、辅件选择的专家系统。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 3 页 2、注射机的使用 常见注射机的使用方面的计算机辅助技术有：注射机选择专家系统：注射 机故障诊断系统。 注射模使用状况的好坏直接影响到注射质量，在对于高技术注射模来说， 都要对注射模在使用过程中进行监控或对注射模的服役模拟仿真，由此知注射 模的工作状况。 注射工艺 注射工艺方面的计算机辅助技术有：注射工艺制定的专家系统； 塑件质量故障诊断。 注射模设计 注射模设计主要完成注射模的结构尺寸、精度、表面性能等 方面的设计，并选择模具的材料等。计算机在注射模设计方面的工作有：注射 划 cad：注射模材料、辅料、辅件选择专家

7、系统；工装选择专家系统；注射模 capp； 1.3 软件简介 ugngineer 是美国 ptc 参数技术公司推出，是国际上最先进也是最成熟使 用参数化特征造型技术的大型 cad/cam/caea 集成软件。这是我们零件模型设计 与加工过程中的主要工具。下面是一些简单的介绍： ugngineer 包括三维实体造型，装配模拟，加工仿真 nc 自动编程，板金设 计，电路布线，装配管路设计等专有模块，id 反求工程，ce 并行工程等先进的 设计方法和模式。其主要特点是参数化的牲造型；统一的能使各模块集成 起来的数据库；设计修改的关联性，即一处修改，别的模块中的相应图形和数 据也会自动更新。它的性能优

8、良，功能强大，是一套可以应用于工业设计，机 械设计，功能仿真，制造和管理等众多领域的工程自动化软件包。ugngineer 自动化自 1988 年问世以来，10 多年来已成为全世界最普及的 3dcad/cam 系统 的标准软件，ugngineer 在今日俨然已成为 3dcad/cam 系统的标准软件，广泛 应用于电子，机械，模具，工业设计，汽车，自行车，航天，家电，玩具等各 行各业。ugngineer 是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代产品造型系统，是一个 参数化，基于特征的实体造型系统，并且具有单一的数据库功能。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 4 页 第 2 章 零件的二维

9、和三维图 2.1 零件的二维图 图 2-1 2.2 零件的三维模型图 图 2-2 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 5 页 图 2-3 第 3 章 手机外壳型腔建模 3.1 手机外壳型腔建模分析 手机外壳型腔属于模具一类，所以先得建立手机的外形模型，然后在矩形 块中求差得出所需的型。 由于手机有一定的曲线，所以先用 ug 在草图中画出两端的自由曲线，拉伸 后对各边倒 r2 圆角。 屏幕内框，在手机上部分画一个矩形然后拉伸与上面的手机体求差 然后在手机下半部分位置画一个按钮，采用矩形阵列，拉伸后与机体求差。 最后画一个大的矩形框，拉伸后以其为目标体，前线做的手机机体为工具 体求差，就得到所

10、需的型腔。 3.2 手机外壳型腔建模过程 首先先画出一个手机外形的线框如图 3-1： 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 6 页 图 3-1 然后选着拉伸，结束数值选着 14，如下图 3-2： 图 3-2 选着倒圆角，选着 4 个角以及那边曲线形成的夹角，如数数值 r8 倒圆， 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 7 页 如图 3-3；3-4： 图 3-3 图 3-4 选择边倒圆，然后选中手机的边框，倒 r5 圆角，如图 3-5： 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 8 页 图 3-5 屏幕内框先在屏幕处绘制一个 2026 的矩形，然后用智能尺寸标注好，接 下来标注到 y 轴的距离

11、为 18，上边到 x 轴的距离为 10.如图 3-6： 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 9 页 图 3-6 这个做好以后先不拉伸，等后面的按键和功能键做好以后一起再拉伸。然 后是按键的绘制，先在草图上画一个 46 的矩形然后约束一下。如图 3-7： 图 3-7 用鼠标选中刚才画好的按键图形，单击鼠标右键选择变换，系统会弹出一 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 10 页 个对话框，选择矩形阵列，接下来选择按键上的一个点，再点击确定。再输入 所需要的参数。x 轴偏移距离 6，y 轴偏移距离为 8。阵列角度为 0，3 行 4 列。 如图 3-8： 图 3-8 然后选择复制,如图 3-9

12、，图（左）图（右）为结果图 图 3-9 功能键内框草图的绘制,在手机中间插入草图，以原点为中心花一个 16x22 的矩形，然后对 4 个角倒圆 r8。如图 3-10： 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 11 页 图 3-10 然后完成草图；最后对前面画的内框和按键进行拉伸，先点击拉伸按钮 ，接下来系统会弹出一个对话框，选择已连接曲线如图 3-11： 图 3-11 然后用鼠标单击先前画好的草图如图 3-12： 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 12 页 图 3-12 然后在拉伸对话框中输入参数起始值为 0，结束值为 3，再选择求差。如图 3-13： 图 3-13 四川信息职业技术学院

13、毕业设计说明书 第 13 页 完成后的效果图如图 3-14： 图 3-14 再插入一张草图以画一个 100120 的矩形，然后约束下下边到 x 轴的距离 为 60，左边到 y 轴的距离为 50，如图 3-15： 图 3-15 完成草图，选择，已连接曲线，再选中刚才的矩形填入参数起始值- 18，结束值 7。选择新建后点击确定，如图 3-16： 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 14 页 图 3-16 再点击求差按钮，系统会弹出一个对话框，如图 3-17： 图 3-17 目标体选刚才拉伸出来的长方体，工具体选前面做完的手机模型。再点击 确定，就得到所需要的型腔。如图 3-18： 四川信息职业

14、技术学院毕业设计说明书 第 15 页 图 3-18 第 4 章 型腔加工编程 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 16 页 4.1 工艺分析 4.1.1 零件的分析 毛胚的选择：考虑到型腔的整体大小，以及底面和内壁的厚度，所以选用 1206027 的 45 号钢淬火处理，使其达到硬度一 40)irc 以上。 由于内部结构比较复杂，采用开粗粗加工精加工。 为了使工件的加过过程中尽量避免重复换刀，对工件的加工面进行分类处 理。 先开粗轮廓，将底面凸台，凸台内壁，分在组。由于型腔的内壁比较复杂， 所以单独使用球刀进行粗加工。 最后再所使用粗加工同型号的刀具对上面两组进行精加工。 4.1.2 工件

15、的装夹 由于毛胚为规则的块状，所以采用机床虎钳进行装甲 4.1.3 工件坐标系 工件原点的选取： 以下三个因素决定如何选择工件原点。 加工精度 调试操作的便利性 工作状况的安全性 一般应遵循以下原则选取工件原点。 工件原点应尽可能选在工件设计基准上 工件原点应尽可能选在已加工表面上 工件原点应尽可能选在对称轴或对称中心上 工件原点应尽可能选在便于对刀的位置 数控机床坐标系的设定方法主要有两种。一种是在程序中通过刀具当前位 置与想要设定的理想工件原点位置的相互关系，利用 g92（g50 用于车床）来设 定，第二种是利用 midi 方式在系统的参数中进行设定，需要时调用即可。前者 每次开机都需要确

16、定刀具当前与工件原点之间的关系，占机调整时间较多，多 适用于单件生产；后者可以通过系统提供的功能设定多个工件坐标系，而且对 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 17 页 批量生产而言，设定的工件坐标系可以保留，效率较高。 综上所述，工件原点选择工件上表面最下角如图 4-1： 图 4-1 4.1.4 工步安排 按照“粗精清角”的一般顺序对本零件进行粗加工、精加工和清角加 工。 1.直接购买 15011025 的模板。 2.毛坯的装夹应使模板上表面与虎钳上表面有 510mm 的距离。 3.粗加工：采用型腔铣操作对凹模的型腔和底面的开粗进行粗加工，侧壁 和底面余量为 0.2mm。选用 10r1

17、钨钢刀，切削深度最大为 0.6mm，主轴转速 为 1500r/min。进给速度为 1500mm/min。采用跟随工件的走刀方式进行切削。 4.粗加工：采用型腔铣操作对型腔的底面残余进行粗加工，侧壁和底面余 量均为 0.2mm。选用 4r1 的合金刀，切削深度最大为 0.2m，主轴转速为 2500r/min。进给速度为 1200mm/min。采用跟随周边的走刀方式进行切削。 5.粗加工: 采用型腔铣操作对型腔的小凸台粗加工进行粗加工，侧壁和底 面余量均为 0.2mm。选用 1.5 刀，切削深度最大为 0.2m，主轴转速为 3000r/min。进给速度为 600mm/min。采用跟随周边的走刀方式

18、进行切削。 6.底面及凸台顶面精加工：采用等高加工对型腔底面及凸台顶面进行精加 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 18 页 工，零件余量分别为 0mm。选用 4 的平底铣刀，主轴转速为 2500r/min。进给 速度为 1200mm/min。 7.小凸台精加工：采用区域铣削对零件侧壁进行精加工，侧壁余量 0mm。 选用 1.5 的平底铣刀，切削深度最大为 0.2mm，主轴转速为 3000r/min。进给 速度为 600mm/min。 8.凸台清角加工：采用清角加工对凸台进行清角加工。选用 1.5 的平底 铣刀，主轴转速为 3000r/min。进给速度为 600mm/min。 9.型腔侧面

19、的精加工：用等高加工对型腔侧面进行精加工，球面的余量为 0mm，选用 2 的球刀，切削深度最大为 0.2mm，主轴转速为 3000r/min。进给 速度为 600mm/min。 4.1.5 工艺表格 (1)加工工艺卡 数 控 加 工 工 序 卡 片 产品名称零件名称零件图号 四川信息职业 技术学院 数控加工 工序卡片 手机外壳型 腔 手机外壳 工步号工步内容 刀具 号 刀具 规格 (mm) 主轴 转速 (r/min ) 进给 速度 (mm/min ) 切削 深度 (mm) 余量 (mm) 1 侧壁和底面的开 粗 t01d10r1150015000.60.2 2 底面残余开粗 t02d4r125

20、0012000.40.2 3 小凸台粗加工 t03d1.530006000.20.2 4 底面及凸台精加 工 t04d4250012000.40 5 小凸台精加工 t05d1.530006000.20 6 凸台清角 t05d1.530006000.20 7 侧壁精加工 to6d2r130006000.20 (2)刀具卡 产品名称 凹模 刀具(mm) 图号 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 19 页 4.2 用 ug 对型腔进行编程 4.2.1 加工前的模型处理与加工装备 首先打开模型文件。进入加工环境。选择下拉菜单“起始”“加工”命 令，设置“初始工环境”为“mill planner”选

21、项如图 4-2： 图 4-2 在导航器单机鼠标右键，调整到几何视图，双击坐标系节点，系 统弹出“mill orient”对话框，在“mill orient”对话框的机床坐标系选项 区域中单击“csys 会话”按钮。系统弹出“csys”对话框。如图 4-3 序号 刀 具 刀具 名称 直径r 角 长 度 刀具材 料 换刀 方式 加工部位 1t01d10r110175 钨钢自动侧壁和底面的开粗 2t02 d4r1 4150 硬质合 金 自动底面残余开粗 3t03 d1.5 1.550 高速钢自动 底面小凸台粗加工 4t04 d4 450 硬质合 金 自动 底面及凸台精加工 5t05 d1.5 250

22、 高速钢自动 小凸台精加工 6t05 d1.5 250 高速钢自动 凸台清角 7t06 d2r1 2150 钨钢自动 侧壁精加工 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 20 页 图 4-3 点击动态 mcs 按钮把坐标移动到工件上表面的左下角，如图 4-4： 图 4-4 然后够上间隙和下限并点击指定图标，会弹出一个平面构造对话 框，在偏置输入 30，点击应用确定。如图 4-5： 图 4-5 再回到“mill orient”对话框，点击确定完成安全平面的设置。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 21 页 在操作导航器中双击节点下的，系统弹出【铣削几何体】 对话框。如图 4-6： 图 4-

23、6 点击然后再点击选择按钮，然后选择型腔单击确定；再点击系统 回弹出毛胚的选择对话框，选择自动块后，点击确定。如图 4-7： 图 4-7 点击创建刀具按钮，系统回弹出刀具的参数对话框，选择类型，创建 名称为 t1 的铣刀。如图 4-8： 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 22 页 图 4-8 再一次创建完其他刀具。 4.2.2 侧壁和底面开粗 先点击创建，然后系统弹出创建操作对话框，类型选择 cavity_mill，几何体选择 workpiece,刀具选择 t1，点击确定。如图 4-9： 图 4-9 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 23 页 然后点击切削区域，选择底面和侧壁。切削

24、方式选择跟随周边，每刀 深度 0.6。如图 4-10： 图 4-10 再点击，然后弹出切削参数对话框，选择毛 胚，余量设置为 0.2。如图 4-11： 图 4-11 确定后，点击进给率，主轴转数选择 1500。如图 4-12： 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 24 页 图 4-12 在点击生成刀轨确定，如图 4-13： 图 4-13 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 25 页 4.2.3 型腔的底面残余粗加工 先点击创建，然后系统弹出创建操作对话框，类型选择 cavity_mill，几何体选择 workpiece,刀具选择 t2，点击确定。如图 4-14： 图 4-14 然后点击

25、切削区域，选择底面。切削方式选择跟随周边，每刀深度 0.4。再点击，然后弹出切削参数对话框，选择 毛胚，余量设置为 0.2。在包容里面选择使用基于层，如图 4-15： 图 4-15 点击进给率，主轴转数选择 2500。如图 4-16： 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 26 页 图 4-16 然后点击生成刀轨。 4.2.4 小凸台粗加工 先点击创建，然后系统弹出创建操作对话框，类型选择 zlevel_follow_core，几何体选择 workpiece,刀具选择 t3，点击确定。如图 4-17: 图 4-17 然后点击切削区域，选择小凸台底面。切削方式选择跟随周边，每刀 四川信息职业技

26、术学院毕业设计说明书 第 27 页 深度 0.2。再点击，然后弹出切削参数对话框， 选择毛胚，余量设置为 0.2。在包容里面选择使用基于层，如图 4-18： 图 4-18 点击进给率，主轴转数选择 3000。如图 4-19： 图 4-19 然后点击生成刀轨。 4.2.5 底面及凸台顶面精加工 先点击创建，然后系统弹出创建操作对话框，类型选 zlevel_profile ，几何体选择 workpiece,刀具选择 t4，点击确定。如图 4- 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 28 页 20： 图 4-20 然后点击切削区域，选择底面和凸台顶面。切削顺序选择层优先，每刀深 度 0.4。再点击

27、，然后弹出切削参数对话框， 选择毛胚，余量设置为 0。点击进给率，主轴转数选择 2500。如图 4-21： 图 4-21 然后点击生成刀轨。 4.2.6 小凸台精加工 先点击创建，然后系统弹出创建操作对话框，类型选择，几何体选择 workpiece,刀具选择 t5，点击确定。如图 4-22： 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 29 页 图 4-22 驱动方式选择区域铣削，在点击选择切削区域，如图 4-23： 图 4-23 选择切削更多切削步长 0.2，如图 4-24： 图 4-24 选择进给率，主轴转速 3000，进给 600，如图 4-25： 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 3

28、0 页 图 4-25 点击确定生成刀轨 4.2.7 凸台清角 先点击创建，然后系统弹出创建操作对话框，类型选 flowcut_ref_tool，几何体选择 workpiece,刀具选择 t5，点击确定。如图 4- 26 图 4-26 选择进给率，主轴转速 3000，进给 600，如图 4-27： 图 4-27 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 31 页 参考工具直径改为 2，如图 4-28： 图 4-28 然后点击生成刀轨。 4.2.8 侧壁精加工 先点击创建，然后系统弹出创建操作对话框，类型选 zlevel_profile ，几何体选择 workpiece,刀具选择 t6，点击确定。如

29、图 4-29: 图 4-29 选择进给率，主轴转速 3000，进给 600，如图 4-30： 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 32 页 图 4-30 每刀切削深度 0.5，然后生成刀轨。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 33 页 第 5 章 仿真加工与产生 nc 程序 5.1 仿真加工刀路 刀路图见图 5-1 和图 5-2 图 5-1 图 5-2 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 34 页 5.2 产生 nc 程序 nc 程序单（部分省略） % n0010 g40 g17 g90 g70 n0020 g91 g28 z0.0 :0030 t00 m06 n0040 g0

30、g90 x1.8131 y3.2295 s1500 m03 n0050 g43 z.9055 h00 n0060 z.1181 n0070 g3 x2.1654 y3.2151 z-.0214 i.1769 j.0108 k.0475 f59.1 n0080 x2.2344 y4.0383 i-6.9717 j.9994 n0090 x2.0963 i-.069 j-1.9236 n0100 x2.1048 y3.8259 i7.0407 j . . n8440 x1.4598 y4.3471 n8450 y4.3607 n8460 y4.3608 n8470 x1.4604 y4.3744

31、n8480 y4.3879 n8490 y4.3881 n8500 x1.4611 y4.4084 n8510 x1.461 y4.4151 n8520 y4.4154 n8530 x1.4614 y4.4221 n8540 x1.4623 y4.4493 n8550 y4.4494 n8560 x1.4627 y4.4561 n8570 y4.4696 n8580 y4.4699 n8590 x1.4631 y4.4766 n8600 x1.4632 y4.4833 n8610 y4.4834 n8620 x1.4636 y4.4894 n8630 y4.4902 n8640 y4.4903 n8650 x1.4643 y4.4968 n8660 g0 z.9055 n8670 m02 % 结论 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 第 35