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        基于四軸機床的手機實體建模與加工

        2013-07-09 11:40:52漢川機床集團有限公司陜西漢中723003秦先鋒
        金屬加工(冷加工) 2013年3期
        關(guān)鍵詞:方法

        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:當加工完鼠標上表面和四個側(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ǎ鐖D11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、加工具有指導意義。

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