基于四軸機(jī)床的手機(jī)實(shí)體建模與加工

漢川機(jī)床集團(tuán)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(tuán)有限公司 （寶雞 721006） 韓 曉

1. 實(shí)體造型

如圖1所示是某型號(hào)手機(jī)的實(shí)體造型，機(jī)體和顯示屏的造型難度較大。機(jī)體表面為光順性、連續(xù)性要求較高的自由曲面，其截面線(xiàn)是復(fù)雜的自由曲線(xiàn)。其主要造型思路是，先用拉伸創(chuàng)建實(shí)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(shí)體的上下面，得到機(jī)體，再用倒圓命令修整機(jī)體的外形輪廓。顯示屏是從曲面凹下的部分，先要?jiǎng)?chuàng)建草圖，再通過(guò)偏置、投影和通過(guò)曲線(xiàn)命令，最后通過(guò)拔模拉深得到。按鍵、聽(tīng)筒和攝像頭的創(chuàng)建較為簡(jiǎn)單，創(chuàng)建草圖，通過(guò)拉深和布爾操作創(chuàng)建。

（1）機(jī)體的創(chuàng)建 機(jī)體的造型是手機(jī)整體造型的關(guān)鍵部分，其設(shè)計(jì)要求較高，曲面特征也較復(fù)雜。用所作草圖拉深創(chuàng)建實(shí)體模型如圖2所示。創(chuàng)建修整外形輪廓的第一個(gè)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(jiàn)圖4）。邊線(xiàn)1、2倒圓，再用修剪體命令，用曲面和片體修整實(shí)體的上下面，得到機(jī)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(shí)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(xiàn)，選擇通過(guò)曲線(xiàn)命令創(chuàng)建曲面，拉深剛才創(chuàng)建的曲面，從上蓋實(shí)體上減去剛才創(chuàng)建的實(shí)體，將得到的實(shí)體的三條邊沿+ZC做拔模，如圖8所示。

（3）按鍵和聽(tīng)筒的創(chuàng)建 創(chuàng)建草圖，對(duì)草圖進(jìn)行拉伸、求布爾差運(yùn)算和變換最后與手機(jī)主體求布爾并運(yùn)算，對(duì)實(shí)體邊線(xiàn)進(jìn)行倒圓，得到手機(jī)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(duì)凸墊倒圓，得到手機(jī)攝像頭的模型，如圖10所示。

2. 工藝分析

由于手機(jī)模型是由一個(gè)上、下表面和四個(gè)側(cè)面組成，所需加工的這六個(gè)面如何高效、精確的加工出來(lái)是手機(jī)加工首先要解決的問(wèn)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(jī)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(gè)側(cè)面的上半部分；然后取下工件，反過(guò)來(lái)裝夾，再加工底面和四個(gè)側(cè)面的下半部分，用這種方法加工在一般的數(shù)控機(jī)床即可。這種方案雖然可行，但實(shí)際加工的過(guò)程中要遇到很多問(wèn)題，例如：當(dāng)加工完鼠標(biāo)上表面和四個(gè)側(cè)面的上半部分，然后翻面加工底面和四個(gè)側(cè)面的下半部分一個(gè)側(cè)面，這樣加工時(shí)，二次裝夾四個(gè)側(cè)面容易產(chǎn)生接刀痕，使加工出來(lái)的兩個(gè)面不能平滑過(guò)渡。

方案二：為了克服方案一的缺點(diǎn)，使四個(gè)側(cè)面能夠平滑過(guò)渡，就要使手機(jī)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(pán)夾緊采用一夾一頂?shù)姆椒ǎ考庸ね暌粋€(gè)面，旋轉(zhuǎn)90°，再加工另一個(gè)表面，依次類(lèi)推，加工完四個(gè)面。加工時(shí)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(jī)床上加工，自定心卡盤(pán)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(duì)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(jī)的整個(gè)主體部分。手機(jī)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(jiǎn)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(jī)表面大量的切削余量去除，該加工方法生成的刀路簡(jiǎn)單，相互平行，比較簡(jiǎn)單不容易出錯(cuò)，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(jìn)行曲面粗加工時(shí)，由于手機(jī)模型表面大部分是曲面，所以選用球頭銑刀，同時(shí)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(xiàn)加工交線(xiàn)清角和殘料清角加工。

平行加工：主要是將手機(jī)表面大量的切削余量去除，該加工方法生成的刀路簡(jiǎn)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(jī)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(xiàn)清角加工：由于有很多小角落，大直徑刀具無(wú)法銑削到的地方，必須用小直徑刀具來(lái)銑削，用該加工方法，就只對(duì)這些地方進(jìn)行加工。

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

曲面流線(xiàn)加工：主要是加工手機(jī)屏幕周?chē)那妫傻牡毒呗窂娇梢哉{(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(guò)以上加工方法，可以最終加工出手機(jī)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(yǔ)

本文針對(duì)具有復(fù)雜曲面外形的手機(jī)，通過(guò)UG進(jìn)行三維實(shí)體造型，運(yùn)用MasterCAM對(duì)手機(jī)加工軌跡進(jìn)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(jī)實(shí)體加工。該手機(jī)實(shí)體精度較高，可見(jiàn)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(duì)復(fù)雜曲面的造型、加工具有指導(dǎo)意義。