基于四軸機床的手機實體建模與加工

漢川機床集團有限公司 （陜西漢中 723003） 念 勇 張 榮 黃 恒 秦先鋒

陜西凌云電器集團有限公司 （寶雞 721006） 韓 曉

1. 實體造型

如圖1所示是某型號手機的實體造型，機體和顯示屏的造型難度較大。機體表面為光順性、連續(xù)性要求較高的自由曲面，其截面線是復(fù)雜的自由曲線。其主要造型思路是，先用拉伸創(chuàng)建實體模型，然后創(chuàng)建草圖，用拉深和掃描命令創(chuàng)建曲面，用修剪體命令，用曲面修整實體的上下面，得到機體，再用倒圓命令修整機體的外形輪廓。顯示屏是從曲面凹下的部分，先要創(chuàng)建草圖，再通過偏置、投影和通過曲線命令，最后通過拔模拉深得到。按鍵、聽筒和攝像頭的創(chuàng)建較為簡單，創(chuàng)建草圖，通過拉深和布爾操作創(chuàng)建。

（1）機體的創(chuàng)建 機體的造型是手機整體造型的關(guān)鍵部分，其設(shè)計要求較高，曲面特征也較復(fù)雜。用所作草圖拉深創(chuàng)建實體模型如圖2所示。創(chuàng)建修整外形輪廓的第一個草圖，拉深草圖得到如圖3所示片體。

創(chuàng)建修整外形輪廓的第二草圖，用掃描命令得到曲面（見圖4）。邊線1、2倒圓，再用修剪體命令，用曲面和片體修整實體的上下面，得到機體，如圖5所示。

（2）顯示屏的創(chuàng)建 創(chuàng)建草圖，如圖6所示，偏置上表面，用投影命令，將A1沿+ZC方向投影到實體的上表面，A2和L1沿+ZC方向投影到偏置后的曲面上，如圖7所示。

選擇投影后的三條曲線，選擇通過曲線命令創(chuàng)建曲面，拉深剛才創(chuàng)建的曲面，從上蓋實體上減去剛才創(chuàng)建的實體，將得到的實體的三條邊沿+ZC做拔模，如圖8所示。

（3）按鍵和聽筒的創(chuàng)建 創(chuàng)建草圖，對草圖進行拉伸、求布爾差運算和變換最后與手機主體求布爾并運算，對實體邊線進行倒圓，得到手機的表面模型，如圖9所示。

（4）攝像頭的創(chuàng)建 創(chuàng)建鍵槽和凸墊，并對凸墊倒圓，得到手機攝像頭的模型，如圖10所示。

2. 工藝分析

由于手機模型是由一個上、下表面和四個側(cè)面組成，所需加工的這六個面如何高效、精確的加工出來是手機加工首先要解決的問題，基于上述情況，目前有兩套可行性方案：

方案一：材料選擇一塊25m m×50m m×120mm的方料，手機模型的中心在方料的中心上。分上、下兩部分加工，先加工上表面，然后加工四個側(cè)面的上半部分；然后取下工件，反過來裝夾，再加工底面和四個側(cè)面的下半部分，用這種方法加工在一般的數(shù)控機床即可。這種方案雖然可行，但實際加工的過程中要遇到很多問題，例如：當(dāng)加工完鼠標(biāo)上表面和四個側(cè)面的上半部分，然后翻面加工底面和四個側(cè)面的下半部分一個側(cè)面，這樣加工時，二次裝夾四個側(cè)面容易產(chǎn)生接刀痕，使加工出來的兩個面不能平滑過渡。

方案二：為了克服方案一的缺點，使四個側(cè)面能夠平滑過渡，就要使手機模型一次成型，一次裝夾，加工完所有的面，避免二次裝夾，所以選擇φ50mm棒料，把棒料在A軸上用自定心卡盤夾緊采用一夾一頂?shù)姆椒?，每加工完一個面，旋轉(zhuǎn)90°，再加工另一個表面，依次類推，加工完四個面。加工時使用這種邊旋轉(zhuǎn)邊加工的加工方法，一次成型，克服了方案一所遇到的種種困難，而且較第一種方案加工效率和準(zhǔn)確性都有所提高。

因此，選擇第二種方案為最佳方案。

（1）裝夾方式的選擇 圓柱棒料要在四軸數(shù)控機床上加工，自定心卡盤夾緊，采用一夾一頂?shù)姆椒?，如圖11所示。

（2）加工工藝的制定 該零件的主體部分對加工后的表面加工質(zhì)量要求較高，因此盡可能采用一次裝夾，加工完成手機的整個主體部分。手機加工整體思路：粗加工→精加工，具體分析如下：

粗加工加工方法：平面銑削（2D）和平行加工。平面加工主要是為了將毛坯多余的材料銑削掉，該方式是二維銑削，刀具路徑簡單且容易控制，加工效率高，所以選用此方法，模擬效果圖如圖12所示。平行加工主要是將手機表面大量的切削余量去除，該加工方法生成的刀路簡單，相互平行，比較簡單不容易出錯，且可用雙向切削，這樣就可以大大提高加工效率，如圖13所示。進行曲面粗加工時，由于手機模型表面大部分是曲面，所以選用球頭銑刀，同時留上0.5mm的精加工預(yù)留量。

精加工加工方法：平行加工、環(huán)繞等距加工、等高外形加工、流線加工交線清角和殘料清角加工。

平行加工：主要是將手機表面大量的切削余量去除，該加工方法生成的刀路簡單，且可用雙向切削，這樣就可以大大提高加工效率。

等高外形加工：將手機的圓角加工到尺寸，生成的刀具路徑可以調(diào)整的很密，很平滑，加工出的圓角效果較好。

交線清角加工：由于有很多小角落，大直徑刀具無法銑削到的地方，必須用小直徑刀具來銑削，用該加工方法，就只對這些地方進行加工。

殘料清角加工：主要是交線清角后，還會有很小的一些殘余余量，沒去除，用該加工方法就可以將其去除干凈。

曲面流線加工：主要是加工手機屏幕周圍的曲面，生成的刀具路徑可以調(diào)整的很密，很平滑，加工出的曲面效果較好。

淺平面加工：將底面的攝像頭加工的尺寸，攝像頭表面較平整，該加工方法較適合這表面。

環(huán)繞等距加工：將攝像頭的圓角加工到尺寸，生成的刀具路徑可以調(diào)整的很密，很平滑，加工出的圓角效果較好。

通過以上加工方法，可以最終加工出手機全部外形，上、下面模擬效果如圖14和圖15所示。

結(jié)合以上的工藝分析，最終選擇如附表所示的加工工藝。

3. 結(jié)語

本文針對具有復(fù)雜曲面外形的手機，通過UG進行三維實體造型，運用MasterCAM對手機加工軌跡進行了規(guī)劃，加工仿真，并生成NC程序，在XH714D四軸加工中心完成手機實體加工。該手機實體精度較高，可見選取的走刀路徑還是比較成功的，加工后的誤差在允許的范圍內(nèi)。結(jié)果表明該方法是可行的，對復(fù)雜曲面的造型、加工具有指導(dǎo)意義。