基于四轴机床的手机实体建模与加工

汉川机床集团有限公司 （陕西汉中 723003） 念 勇 张 荣 黄 恒 秦先锋

陕西凌云电器集团有限公司 （宝鸡 721006） 韩 晓

1. 实体造型

如图1所示是某型号手机的实体造型，机体和显示屏的造型难度较大。机体表面为光顺性、连续性要求较高的自由曲面，其截面线是复杂的自由曲线。其主要造型思路是，先用拉伸创建实体模型，然后创建草图，用拉深和扫描命令创建曲面，用修剪体命令，用曲面修整实体的上下面，得到机体，再用倒圆命令修整机体的外形轮廓。显示屏是从曲面凹下的部分，先要创建草图，再通过偏置、投影和通过曲线命令，最后通过拔模拉深得到。按键、听筒和摄像头的创建较为简单，创建草图，通过拉深和布尔操作创建。

（1）机体的创建 机体的造型是手机整体造型的关键部分，其设计要求较高，曲面特征也较复杂。用所作草图拉深创建实体模型如图2所示。创建修整外形轮廓的第一个草图，拉深草图得到如图3所示片体。

创建修整外形轮廓的第二草图，用扫描命令得到曲面（见图4）。边线1、2倒圆，再用修剪体命令，用曲面和片体修整实体的上下面，得到机体，如图5所示。

（2）显示屏的创建 创建草图，如图6所示，偏置上表面，用投影命令，将A1沿+ZC方向投影到实体的上表面，A2和L1沿+ZC方向投影到偏置后的曲面上，如图7所示。

选择投影后的三条曲线，选择通过曲线命令创建曲面，拉深刚才创建的曲面，从上盖实体上减去刚才创建的实体，将得到的实体的三条边沿+ZC做拔模，如图8所示。

（3）按键和听筒的创建 创建草图，对草图进行拉伸、求布尔差运算和变换最后与手机主体求布尔并运算，对实体边线进行倒圆，得到手机的表面模型，如图9所示。

（4）摄像头的创建 创建键槽和凸垫，并对凸垫倒圆，得到手机摄像头的模型，如图10所示。

2. 工艺分析

由于手机模型是由一个上、下表面和四个侧面组成，所需加工的这六个面如何高效、精确的加工出来是手机加工首先要解决的问题，基于上述情况，目前有两套可行性方案：

方案一：材料选择一块25m m×50m m×120mm的方料，手机模型的中心在方料的中心上。分上、下两部分加工，先加工上表面，然后加工四个侧面的上半部分；然后取下工件，反过来装夹，再加工底面和四个侧面的下半部分，用这种方法加工在一般的数控机床即可。这种方案虽然可行，但实际加工的过程中要遇到很多问题，例如：当加工完鼠标上表面和四个侧面的上半部分，然后翻面加工底面和四个侧面的下半部分一个侧面，这样加工时，二次装夹四个侧面容易产生接刀痕，使加工出来的两个面不能平滑过渡。

方案二：为了克服方案一的缺点，使四个侧面能够平滑过渡，就要使手机模型一次成型，一次装夹，加工完所有的面，避免二次装夹，所以选择φ50mm棒料，把棒料在A轴上用自定心卡盘夹紧采用一夹一顶的方法，每加工完一个面，旋转90°，再加工另一个表面，依次类推，加工完四个面。加工时使用这种边旋转边加工的加工方法，一次成型，克服了方案一所遇到的种种困难，而且较第一种方案加工效率和准确性都有所提高。

因此，选择第二种方案为最佳方案。

（1）装夹方式的选择 圆柱棒料要在四轴数控机床上加工，自定心卡盘夹紧，采用一夹一顶的方法，如图11所示。

（2）加工工艺的制定 该零件的主体部分对加工后的表面加工质量要求较高，因此尽可能采用一次装夹，加工完成手机的整个主体部分。手机加工整体思路：粗加工→精加工，具体分析如下：

粗加工加工方法：平面铣削（2D）和平行加工。平面加工主要是为了将毛坯多余的材料铣削掉，该方式是二维铣削，刀具路径简单且容易控制，加工效率高，所以选用此方法，模拟效果图如图12所示。平行加工主要是将手机表面大量的切削余量去除，该加工方法生成的刀路简单，相互平行，比较简单不容易出错，且可用双向切削，这样就可以大大提高加工效率，如图13所示。进行曲面粗加工时，由于手机模型表面大部分是曲面，所以选用球头铣刀，同时留上0.5mm的精加工预留量。

精加工加工方法：平行加工、环绕等距加工、等高外形加工、流线加工交线清角和残料清角加工。

平行加工：主要是将手机表面大量的切削余量去除，该加工方法生成的刀路简单，且可用双向切削，这样就可以大大提高加工效率。

等高外形加工：将手机的圆角加工到尺寸，生成的刀具路径可以调整的很密，很平滑，加工出的圆角效果较好。

交线清角加工：由于有很多小角落，大直径刀具无法铣削到的地方，必须用小直径刀具来铣削，用该加工方法，就只对这些地方进行加工。

残料清角加工：主要是交线清角后，还会有很小的一些残余余量，没去除，用该加工方法就可以将其去除干净。

曲面流线加工：主要是加工手机屏幕周围的曲面，生成的刀具路径可以调整的很密，很平滑，加工出的曲面效果较好。

浅平面加工：将底面的摄像头加工的尺寸，摄像头表面较平整，该加工方法较适合这表面。

环绕等距加工：将摄像头的圆角加工到尺寸，生成的刀具路径可以调整的很密，很平滑，加工出的圆角效果较好。

通过以上加工方法，可以最终加工出手机全部外形，上、下面模拟效果如图14和图15所示。

结合以上的工艺分析，最终选择如附表所示的加工工艺。

3. 结语

本文针对具有复杂曲面外形的手机，通过UG进行三维实体造型，运用MasterCAM对手机加工轨迹进行了规划，加工仿真，并生成NC程序，在XH714D四轴加工中心完成手机实体加工。该手机实体精度较高，可见选取的走刀路径还是比较成功的，加工后的误差在允许的范围内。结果表明该方法是可行的，对复杂曲面的造型、加工具有指导意义。