羅衛(wèi)強 唐斌 盤永才

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智能手機殼體車銑復合加工系統(tǒng)設計

羅衛(wèi)強 唐斌 盤永才

（廣東長盈精密技術有限公司）

針對智能手機殼體傳統(tǒng)加工方法良品率和加工品質(zhì)低的問題，提出一種智能手機殼體的高效車銑復合加工模式，通過采用多重驅(qū)動機構，在銑床基礎上增加車床功能，使系統(tǒng)具備車銑功能，完成了一套智能手機殼體高效車銑復合加工系統(tǒng)及其加工工藝的研發(fā)。經(jīng)實際生產(chǎn)應用表明：本系統(tǒng)的CNC加工時間及表面處理加工時間均可減少29.20%，綜合良品率可提高15%，具有加工精度高、生產(chǎn)不良率低、加工品質(zhì)好等優(yōu)點，適用于批量生產(chǎn)。

手機殼體；車銑復合；加工系統(tǒng)；加工工藝

0 引言

鋁合金或類鋁合金材料制成的手機外殼因其加工方便、靈活性好、檔次較高且可有效提高產(chǎn)品附加值等特點而得以廣泛應用。隨著人們對藝術美感和舒適度要求的提升，手機金屬外殼工藝越來越復雜，使得技術難度增大，加工工序和加工時間增加，加工成本也相應提高，并且良品率、外觀效果難以得到保證。傳統(tǒng)手機金屬外殼加工[1-2]是利用3軸或4軸計算機數(shù)字控制機床（computer numerical control，CNC）完成，以大刀或成型刀具加工為主，少量復雜曲面采用3D加工以降低工時和成本。傳統(tǒng)加工方法費時（用CNC加工一個后蓋需要50分鐘），且容易因外形面、底部曲面、大平面等交接面形成分級、凹印和刀紋等外觀問題，增長開發(fā)周期，增大不良品率，并嚴重影響后序表面處理難度?；谝陨仙a(chǎn)現(xiàn)狀，本文研究一種優(yōu)質(zhì)高效的車銑加工系統(tǒng)及加工工藝，能有效提高手機金屬外殼良品率，并適用于批量生產(chǎn)。

1 智能手機殼體加工系統(tǒng)設計方案

本文智能手機殼體加工專用車銑復合加工系統(tǒng)及加工工藝采用多重驅(qū)動機構，在銑床的基礎上增加了車床的功能，主要應用于外觀加工。

1.1 車銑加工控制系統(tǒng)結(jié)構分析

車銑加工控制系統(tǒng)結(jié)構示意圖如圖1所示，包括第一驅(qū)動機構、第二驅(qū)動機構、控制終端。第一驅(qū)動機構驅(qū)動執(zhí)行車銑功能系統(tǒng)，在原有立式車床車削的基礎上增加軸聯(lián)動，不僅可實現(xiàn)立式車床正常加工動作，還可車銑3D曲面，加工的產(chǎn)品達到CNC銑床加工精度且擁有CNC車床的表面效果，有效改善產(chǎn)品分級、刀紋粗、打磨難以及工時長等問題；第二驅(qū)動機構驅(qū)動執(zhí)行正常CNC銑床功能系統(tǒng)，包括3軸CNC外形銑削、平面銑削、曲面加工、鉆孔加工、攻牙等銑床加工等功能；控制終端用于產(chǎn)品加工過程中對CNC第一驅(qū)動車銑功能和第二驅(qū)動銑床功能的適時切換，不至于中途停機，使兩個驅(qū)動合并使用形成CNC車銑復合功能完整系統(tǒng)。

1-主工作臺 2- C軸連接底座 3- C軸 4-主夾具 5-產(chǎn)品 6-控制器終端

車銑加工系統(tǒng)部件包括：主工作臺、軸連接底座、軸、主夾具、產(chǎn)品和控制器終端。

主工作臺主要做向運動，在控制系統(tǒng)執(zhí)行銑床加工功能時，執(zhí)行方向切削進給命令。當控制系統(tǒng)執(zhí)行車銑加工功能時，主工作臺移動到0.00位置，與主軸垂直的線重合并固定，且軸被系統(tǒng)自動鎖死，防止軸移動損壞車刀刀尖或產(chǎn)品過切。

軸連接底座主要功能是固定軸在機臺主工作臺上，支撐軸運作加工。安裝時要校正分中，使其軸與主工作臺軸平行且0點重合，軸與主工作臺垂直。

軸（車銑功能運作的車削主軸）主要功能是執(zhí)行車銑運作，安裝時要校正分中軸平面，使其軸與主工作臺軸平行且0點重合，軸與主工作臺垂直。當控制系統(tǒng)執(zhí)行車銑功能時，將夾具用螺絲或壓板直接水平固定在軸頭上并分中，再將產(chǎn)品或裝有產(chǎn)品的子夾具固定在夾具上；確定主軸是車刀并且主軸已鎖死，可執(zhí)行開機命令，這時軸帶動產(chǎn)品在水平面上作順時針或逆時針方向旋轉(zhuǎn)（根據(jù)刀具方向用M3或M4指令控制）。加工時主軸停止并鎖死，只在方向上下跳動做車銑動作（程序控制），軸根據(jù)程序指令控制從產(chǎn)品最大點外向中心點（0點）方向作直線進給，執(zhí)行車銑復合功能。

主夾具用螺絲或壓板固定在軸上，用于固定產(chǎn)品或裝有產(chǎn)品的子夾具進行產(chǎn)品結(jié)構加工。夾具設計需要便于裝夾操作，必要時可以設計子夾具配合。夾具必須做工藝處理，避免因利角等原因?qū)Σ僮鲉T造成傷害。

產(chǎn)品加工是最終目的。目前最大的難點即本方法要解決的問題是產(chǎn)品大平面和外形以及交接出的3D面加工效果問題。

控制器終端用于切換控制系統(tǒng)一和控制系統(tǒng)二，以及主軸和軸的鎖定。

此外還設置專門對應的刀庫，擁有24個刀位，可同時裝有車刀和銑刀，供加工時選擇。

1.2 車銑加工系統(tǒng)工作原理

車銑加工系統(tǒng)的關鍵部件是控制終端，該控制終端分別與第一驅(qū)動機構、第二驅(qū)動機構連接。當主軸切換好車刀準備進行車銑加工時，啟動第一驅(qū)動機構，通過指令主軸停止并鎖住，軸在0.00處鎖住不動，軸旋轉(zhuǎn)，主軸帶動刀具做向運動完成車銑切削，執(zhí)行專用軟件編寫的NC車銑程序；車銑完成后啟動第二驅(qū)動機構，釋放主軸鎖定，釋放軸鎖定，軸旋轉(zhuǎn)至產(chǎn)品向與機床向平行后鎖定，從刀庫中更換銑刀進行產(chǎn)品外形加工和背面特征加工，執(zhí)行NC程序。

加工時，首先將工作臺移動到向0點，與主軸垂直的線重合；然后軸帶動工件做水平旋轉(zhuǎn)，執(zhí)行車銑復合操作命令，使用刀具為車刀，主軸停止鎖緊，車刀刀尖隨主軸做方向移動，沿被加工產(chǎn)品面表面做上下移動，軸按程序賦予的速度在產(chǎn)品最大外形向中心0點出做直線進給，用專用軟件編寫的程序配合機床的系統(tǒng)特性對產(chǎn)品背面所有能加工到的曲面和平面進行車銑加工，完成產(chǎn)品曲面車銑加工。這時加工出來的刀紋是車刀紋，表面光滑細膩，沒有分級現(xiàn)象。表面處理時，按正常打磨要求處理的外觀效果即可獲得客戶非常滿意的認可。外形和產(chǎn)品背面其他特征加工時，系統(tǒng)結(jié)束車銑模式，軸旋轉(zhuǎn)至產(chǎn)品軸與機床軸平行，軸自動鎖死，切換刀具完成后終端自動發(fā)出指令，命令系統(tǒng)進入銑床加工模式，主軸旋轉(zhuǎn)，移動軸進行外形和其他特征加工，采用NC加工程序進行產(chǎn)品加工，至符合產(chǎn)品要求。

1.3 車銑加工系統(tǒng)加工工藝

車銑加工系統(tǒng)的加工工藝流程圖如圖2所示，包括產(chǎn)品工藝設計、夾具設計與制作、程序設計、刀具設計、刀具排布、產(chǎn)品調(diào)試與品質(zhì)控制等[3-5]。

車銑加工系統(tǒng)的加工工藝操作步驟：

1) 夾具準備 夾具設計時要考慮產(chǎn)品加工和裝夾的便利性，夾具制作按設計圖紙完成并做工藝處理，不可有利角毛刺等，以免操作時受傷；

2) 夾具調(diào)試 將夾具按要求粗固定在機臺軸上，校正分中完成后鎖緊；

3) 刀具準備 按設計工程師提供的刀具清單，準備刀具并將其安裝在刀具庫對應的刀位，設置刀長和刀補待用；

圖2 車銑加工系統(tǒng)工藝流程圖

4) 待加工產(chǎn)品的準備 確認加工產(chǎn)品是否完成前工序加工，有無缺陷（漏加工特征、毛刺、變形等）；

5) 產(chǎn)品裝夾 將要加工的產(chǎn)品按要求裝夾在夾具上，并確認產(chǎn)品是否方正和壓緊；

6) 產(chǎn)品加工 按程序啟動加工程序，進行產(chǎn)品結(jié)構加工；

7) 拆夾 產(chǎn)品加工完成后松夾，將產(chǎn)品從夾具上取下清洗干凈；

8) 產(chǎn)品檢驗 檢驗產(chǎn)品是否有漏工序、毛刺、粗紋、變形及尺寸規(guī)格是否符合圖紙要求；

9) 裝框 將良品與不良品區(qū)分裝入到相應的膠框內(nèi)，避免碰撞和跌落。

加工程序設計時，要考慮產(chǎn)品的切削量和特性，選擇合適的加工方法和順序。加工手機后殼時，通常先啟動第二驅(qū)動系統(tǒng)執(zhí)行銑床功能，將產(chǎn)品外形和背面加工余量較多的部位用大刀開粗；然后切換至第一驅(qū)動車銑系統(tǒng)執(zhí)行車銑切削，車銑時刀具在產(chǎn)品最大半徑外下刀往中心方向進給切削；最后切換到第二驅(qū)動系統(tǒng)進行外形成型刀銑削和其他特征的加工。合理的方式和順序使產(chǎn)品加工出來更加完美，也有利于產(chǎn)品加工調(diào)試。

2 智能手機殼體加工系統(tǒng)效果分析

以手機后蓋加工為例，通過傳統(tǒng)CNC機床與車銑復合機床的同步加工對比，驗證系統(tǒng)效果。傳統(tǒng)CNC機床和本系統(tǒng)車銑復合機床的同步加工對比如表1所示，加工進度、外觀品質(zhì)和面輪廓度測試效果比較圖如圖3所示。

表1 傳統(tǒng)CNC機床與車銑復合機床的同步加工對比

(a) 加工進度對比

(b) 外觀品質(zhì)對比

(c) 面輪廓度測試對比

經(jīng)試驗，本系統(tǒng)可有效解決產(chǎn)品分級和刀紋問題，比CNC加工時間及表面處理加工時間均可減少29.2%；加工良品率得到明顯的提高，綜合良品率可提高15%以上，從而使加工成本得到有效的控制。此車銑復合加工系統(tǒng)因?qū)崿F(xiàn)工藝簡單、工序少、耗時少、低成本等優(yōu)勢，已批量導入生產(chǎn)，取得了良好效果。

3 結(jié)語

智能手機殼體車銑復合加工系統(tǒng)采用多重驅(qū)動機構，在銑床基礎上增加了車床的功能，使系統(tǒng)具備車銑功能。但在處理手機殼體邊緣具有較深較陡峭弧面處仍存在刀具干涉問題，有待在今后的改進設計中進一步解決。

[1] 高文博,覃嶺.CNC加工手機殼手板加工工藝分析[J].機床與液壓,2008,36(4):218-222.

[2] 孫曉輝,汪菊英,聶小春.手機面板玻璃CNC精雕加工工藝及夾具設計[J].裝備制造技術,2015(6):23-25.

[3] 余英良.數(shù)控加工編程及操作[M].北京:高等教育出版社，2004.

[4] 高德文.數(shù)控加工中心[M].北京:化學工業(yè)出版社,2003.

[5] 沙杰.加工中心結(jié)構、調(diào)試與維護[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.

Design of Turning and Milling Machining System for Smartphone Shell

Luo Weiqiang Tang Bin Pan Yongcai

(Guangdong Everwin Precision Technology Co., Ltd.)

Focusing on the traditional processing methods of smart phone shell lack of enough yield and processing quality, a kind of high-efficient turning and milling compound processing mode of smart phone shell was put forward. Firstly, increase the lathe function on the milling machine by employing a multiple drive mechanism, making the system has both turning and milling function. And then, a set of intelligent mobile phone shell high-speed milling complex processing system and its processing technology research was completed. The actual production and application shows the CNC machining time and surface treatment processing time can be reduced by 29.20% and the comprehensive yield can be increased by 15%, which represents the proposed system is with high precision, low production rate of non-performing and good processing quality for mass production.

Mobile Phone Shell; Turning and Milling Compound; Processing System; Processing Technology

羅衛(wèi)強，男，1979年生，機械工程師，主要從事精益生產(chǎn)改善及機械設計方面工作。

唐斌，男，1965年生，主要從事機械設計與制造加工方面工作。

盤永才，男，1979年生，主要從事CNC制造等方面工作。