1、手机模型目 录摘要 iAbstract ii1 引言 22 数控加工要求 42.1数控加工简介 42.2数控加工的步骤 42.3数控加工的优势 53 手机外形的设计 63.1手机外形材料选择 63.2手机材料加工分析 84 零件加工工艺规程 104.1 拟定工艺路线 104.2 工序设计 124.3 数控加工工序卡片 175 零件三维视图及后置处理 185.1 三维视图 185.2 仿真处理 195.3 NG处理（详细程序见附录） 19结 论 22致 谢 23参考文献 241 引言手工编程是指编程的各个阶段均由人工完成。利用一般的计算工具，通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并进行指令编
2、制。主要用于点位加工（如钻、铰孔）或几何形状简单（如平面、方形槽）零件的加工，计算量小，程序段数有限，编程直观易于实现的情况等。对于具有空间自由曲面、复杂型腔的零件，刀具轨迹数据计算相当繁琐，工作量大，极易出错，且很难校对，有些甚至根本无法完成。对于几何形状复杂的零件需借助计算机使用规定的数控语言编写零件源程序，经过处理后生成加工程序，称为自动编程。随着数控技术的发展，先进的数控系统不仅向用户编程提供了一般的准备功能和辅助功能，而且为编程提供了扩展数控功能的手段。FANUC6M数控系统的参数编程，应用灵活，形式自由，具备计算机高级语言的表达式、逻辑运算及类似的程序流程，使加工程序简练易懂，实现
3、普通编程难以实现的功能。目前常用的加工软件有UG、Pro-E、Mastercam、CAXA制造工程师等。本次设计主要用CAD和CAXA制造工程师。CAXA制造工程师是北航海尔软件有限公司研制开发的全中文、面向数控铣床和加工中心的三维CAD/CAM软件。CAXA制造工程师基于微机平台，采用原创Windows菜单和交互方式，全中文界面，便于轻松学习和操作，并且价格较低。CAXA制造工程师可以生成35轴的加工代码，可用于加工具有复杂三维曲面的零件。CAXA制造工程师将CAD模型与CAM加工技术无缝集成，可直接对曲面、实体模型进行一致的加工操作。支持轨迹参数化和批处理功能，明显提高工作效率。支持高速切
4、削，大幅度提高加工效率和加工质量。通用的后置处理可向任何数控系统输出加工代码。1、两轴到三轴的数控加工功能，支持45轴加工两轴到两轴半加工方式：可直接利用零件的轮廓曲线生成加工轨迹指令，而无需建立其三维模型；提供轮廓加工和区域加工功能，加工区域内允许有任意形状和数量的岛。可分别指定加工轮廓和岛的拔模斜度，自动进行分层加工。三轴加工方式：多样化的加工方式可以安排从粗加工、半精加工到精加工的加工工艺路线。45轴加工模块提供曲线加工、平切面加工、参数线加工等。2、支持高速加工本系统支持高速切削工艺，以提高产品精度，降低代码数量，使加工质量和效率大大提高。可设定斜向切入和螺旋切人等接近和切入方式，拐角
5、处可设定圆角过渡，轮廓与轮廓之间可通过圆弧或S字型方式来过渡形成光滑连接，从而生成光滑刀具轨迹，有效地满足了高速加工对刀具路径形式的要求。3、参数化轨迹编辑和轨迹批处理CAXA制造工程师的“轨迹再生成”功能可实现参数化轨迹编辑。用户只需选中已有的数控加工轨迹，修改原定义的加工参数表，即可重新生成加工轨迹。CAXA制造工程师可以先定义加工轨迹参数，而不立即生成轨迹。工艺设计人员可先将大批加工轨迹参数事先定义而在某一集中时间批量生成。这样，合理地优化了工作时间。4、独具特色的加工仿真与代码验证可直观、精确地对加工过程进行模拟仿真、对代码进行反读校验。仿真过程中可以随意放大、缩小、旋转，便于观察细节
6、，可以调节仿真速度；能显示多道加工轨迹的加工结果。仿真过程中可以检查刀柄干涉、快速移动过程(G00)中的干涉、刀具无切削刃部分的干涉情况，可以将切削残余量用不同颜色区分表示，并把切削仿真结果与零件理论形状进行比较等。5、加工工艺控制CAXA制造工程师提供了丰富的工艺控制参数，可以方便地控制加工过程，使编程人员的经验得到充分的体现。6、通用后置处理全面支持SIEMENS、FANUC等多种主流机床控制系统。CAXA制造工程师提供的后置处理器，无需生成中间文件就可直接输出G代码控制指令。系统不仅可以提供常见的数控系统的后置格式，用户还可以定义专用数控系统的后置处理格式。可生成详细的加工工艺清单，方便
7、G代码文件的应用和管理。加工路径的优化处理使刀具轨迹更加光滑、流畅、均匀、合理，大大提高了加工走刀的流畅性，保证了工件表面的加工质量。2 数控加工要求此次毕业设计应包括数控加工工艺分析、数控刀具及其选择、工件装夹方式与数控加工夹具的选择、程序编制中的数值计算、数控加工程序的编制、数控车削加工、数控铣削加工、数控加工中心编程及自动编程技术等内容。若条件允许，还可以加上数控机床的安装、调试与验收等内容。2.1数控加工简介数控加工，就是泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。数控机床是一种用计算机来控制的机床，用来控制机床的计算机，不管是专用计算机、还是通用计算机都统称为数控系统。数控机床的运动和辅
8、助动作均受控于数控系统发出的指令。而数控系统的指令是由程序员根据工件的材质、加工要求、机床的特性和系统所规定的指令格式（数控语言或符号）编制的。数控系统根据程序指令向伺服装置和其它功能部件发出运行或终断信息来控制机床的各种运动。机床的受控动作大致包括机床的起动、停止；主轴的启停、旋转方向和转速的变换；进给运动的方向、速度、方式；刀具的选择、长度和半径的补偿；刀具的更换，冷却液的开起、关闭等。当零件的加工程序结束时，机床便会自动停止。任何一种数控机床，在其数控系统中若没有输入程序指令，数控机床就不能工作。2.2数控加工的步骤必须提前研究设计计划和任务书，了解产品的工艺性和公差等级，在初步明确设计
9、要求的基础上，可以步骤进行设计方案的论证。（1）分析零件图样 根据任务书，画出零件图，并对工件的形状、尺寸、精度等级、表面粗糙度、刀具及等技术进行分析。 （2）确定加工工艺方案 根据上述的分析，选择加工方案，确定加工顺序，加工路线、装夹方式、切削用量材料等，要求有详细的设计过程和合理的参数。 （3）数值计算 根据零件图的尺寸，确定工艺路线及设计的坐标系，计算运动轨迹，得到刀位数据 。（4）编写零件加工程序 根据数控系统的功能指令及程序格式，逐步编写加工程序单如加工工艺卡片。（5）仿真加工 校验程序，程序编完后，输入毛坯尺寸，对零件进行仿真加工，并判断程序是否正确。2.3数控加工的优势数控机床装
10、有程序控制系统，能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯机并加工零件。数控机床加工的突出优势有：加工零件精度高、质量稳定。数控机床的定位精度和重复定位精度都很高，较容易保证一批零件尺寸的一致性，只要工艺设计和程序正确合理，加之精心操作，就可以保证零件获得较高的加工精度，也便于对加工过程实行质量控制。自动化程度高，可以减轻操作者的体力劳动强度。数控加工过程是按输入的程序自动完成的，操作者只需起始对刀、装卸工件、更换刀具，在加工过程中，主要是观察和监督机床运行。便于新产品研制和改型。数控加工一般不需要很多复杂的工艺装备，通过编制加工程序就可把形状复杂和
11、精度要求较高的零件加工出来，当产品改型，更改设计时，只要改变程序，而不需要重新设计工装。所以，数控加工能大大缩短产品研制周期，为新产品的研制开发、产品的改进、改型提供了捷径。生产效率高。数控机床加工是能再一次装夹中加工多个加工表面，一般只检测首件，所以可以省去普通机床加工时的不少中间工序，而且由于数控加工出的零件质量稳定，为后续工序带来方便，其综合效率明显提高。3 手机外形的设计3.1手机外形材料选择选择合理性的标志，应是在满足零件的性能要求的条件下最大限度地发挥材料潜力，做到既要考虑提高材料强度的使用水平，同时也要减少材料的消耗和降低加工成本。同时要适应加工设备条件而设计加工工艺。选择的一般
12、原则，首先是满足零件使用性能的前提下还要考虑工艺性、经济性。此次设计经综合考虑决定采用常用的中碳优质钢45 钢。45钢是机械制造中广泛使用的中碳优质碳素钢，淬透性较低，水淬容易变形和开裂，经适当热处理后具有高的强度，通常在调质或正火状态下使用。为了保证有必要的韧性，并消除其残余应力，应在淬火再回火后成索氏体。该钢具有良好的切削加工性能，冷变形塑性中等，钢丝可供冷镦、可焊接，但焊接前需预热，焊后需退火处理。一、45钢化学成分 45钢化学成分含碳（C）量是0.420.50%Si含量为0.170.37%Mn含量0.500.80%Cr含量0.25%Ni含量0.30%Cu含量0.25%二、热处理 由于4
13、5 钢本身具有缺陷，如裂纹、折叠、疤痕、氧化脱碳和锈蚀等，这也是造成质量不高和寿命短与早期失效的致命原因，为了提高模具的使用寿命，可以通过热处理来改变。热处理分为退火、淬火、回火等，由于手机模具采用的是 45 钢，为了提高它的硬、耐磨性 和经济性选用回火。 因为回火是淬火钢在相变点以下的温度下进行再加热、使碳化物析出、消除淬火结晶畸 变、增加韧性，或使残余奥氏体分解、使工件变成较稳定状态的热处理方法，因此回火作为 最终热处理是不应再有缺陷的重要工艺。 钢的淬火组织是由马氏体加残余奥氏体和碳化物等所组成的，可是在常温下，马氏体处于含碳过饱和状态，奥氏体是不稳定组织，因此，在回火再加热时，能看到分
14、解成稳定的铁素体和碳化物，回复到平衡状态的现象。这种变化随着温度和时间的增加呈连续的变化。 三、观察这种组织变化过程 可按照回火温度的增高分为四个阶段。 （1） 回火第一阶段 第一阶段是70200，淬火马氏体分解成低碳马氏体和碳化物并消除内应力。这种变化在接近200时就加快了，在它以下的温度就缓慢了。 （2） 回火第二阶段 在第二个阶段，在 200300下残余奥氏体分解成马氏体的变化，第二阶段的一部分过程在第一阶段中同时发生变化，这时生成了二次马氏体，若不进行再回火，韧性就要受影响。 （3） 回火的第三阶段 在 250以上的第三阶段中，在第一、第二阶段生成的马氏体加（渗碳体），随着温度增高发生
15、连续的软化过程。（4） 回火的第四阶段 第四阶段是含有V、W 等碳化物生成元素的合金钢。 图一淬火过程综上所述，为了适应手机模具所具有的性能应把回火控制在第三阶段，温度控制在250附近。虽然回火温度重要，但回火保温时间也会对所得的结果产生显著影响，所以必须慎重 加以考虑。为了不致错误地决定回火保温时间，必须掌握保温时间与温度的关系，回火温度均匀后的保温时间与零件的大小无关，绝对值由钢种决定。但是，实际上必须考虑与温度有关联的变化，所以这里的保温时间定为30分钟。3.2手机材料加工分析在金属切削过程中，当切削沿进给方向接触工件的一瞬间，刀具把工件上的一部分金属切下来，使金属成了切屑。在这一过程中
16、出现切削热、刀具磨损、积屑瘤、表面硬化、振动等现象。一、45钢切削（1）45钢切削类型属于带状切削特征：内表面与刀具前面接触的面光滑，外表面呈毛茸状。形成的条件：加工塑性材料，切削速度较高，刀具前角较大。优缺点：加工表面光滑，但切屑会缠绕在工件表面上，会刮伤表面，同时还会损坏刀具的刀刃，甚至会伤到操作者。（2）积屑瘤 图二、积屑瘤1、形成原因：切屑塑性材料时，切屑与刀具前面发生摩擦，当摩擦力大于刀具内表面金属分子结合力时，一部分切屑附在在刀具刀刃而形成积屑瘤。2、特点：a)积屑瘤很不稳定时生时灭，易产生振动。b)积屑瘤的结构组织既不与工件材料相同也不与刀具材料相同，硬度比原工件材料高23倍，因
17、此可以起到保护刀刃。3、影响因素：a)切削速度较高（70r/min）或较低(25r/min)时不易产生积屑瘤,中速（1520r/min）最易产生。b)刀具前角：增大前角，使切屑变形减小，可以减小积屑瘤产生。c)冷却润滑液：加足够的冷却润滑液可以减小摩擦和积屑瘤产生。4、消除方法a)采用较高或较低的切削速度b)精磨或研磨刀前面和后面c)较小主偏角和进给量d)使用足够的冷却润滑液（3）表面硬化1、形成原因：切削塑性材料时，由于刀具刃口不是绝对锋利对表面有一定的挤压作用，使加工表面剧烈形变而形成表面硬化。2、特点：硬化后的表面比原来高12倍，表面粗糙度和疲劳强度降低，是下道工序的刀具极易磨损3、消除
18、方法a)使用极为锋利的刀具，刀刃圆口半径尽量小，不要用钝刀切削。b)切削时不要在中途停止进给。c)选用较高的切削速度。二、刀具材料的选择a)高硬度b）足够的强度和韧性c)良好的耐磨性d)较好的耐热性e)良好的工艺性（2）选用工具材料主选高速钢，牌号W18Cr4V，硬度HRC=6270，耐热温度540600，抗弯强度2.54.5Gpa(3)切削速度公式V=dn/1000n-工件转速d-工件直径（4）工艺性能工艺性能好，需经热处理，耐磨性能好，可冷热成型。三、冷却液的选择 常用3号乳化油加水稀释成乳化液。润滑性能极好其他的效果一般。4 零件加工工艺规程4.1 拟定工艺路线一、定位基准的选择（1）粗
19、基准的选择a、选用的粗基准应便于定位装夹和加工，并使夹具结构简单。先粗铣两侧面，再以此为定位基准可提高定位精度。b、为保证某加工表面的粗加工余量小而均匀，应选择该表面为粗基准。（2）精基准的选择a、所选定位基准应便于定位、装夹和加工，要有足够的定位精度。b、当有表面最后加工需保证位置精度时，宜选设计基准为定位基准。c、当有的加工表面的精加工余量小儿均匀时，可利用被加工表面本身作为基准。屏幕区域和听筒可以本身加工表面为精基准。二、工件的装夹采用直接找正法装夹工件，夹具定位不仅定位精度高而且迅速方便。三、夹具机床夹具是指能使工件造机床上实现定位和夹紧的一种工艺装置。夹具的作用：1、使加工顺利进行。
20、2、确保工件的加工质量。3、提高生产效率、减轻劳动强度。4、可扩大机床的工艺范围。 根据本次加工手机外壳的形状选用角固定式虎钳。QM16160L角固式虎钳特点1.角固式虎钳采用角固设计，夹持工件时上盖不会往上移且有向下45加压，使工件夹持更具准确度2.虎钳本体侧面和端面都有经过精密研磨，可侧面放置，来夹持加工，也不会影响到精度3.角固型设计，使你在夹持工件时，虎口自然向锁紧4.本体和固定虎口为一体为形，夹持工件时，可降低固定虎口向后倾斜5.平行度/垂直度100mm/0.02mm内表一、角固定式虎钳参数钳口高度35mm钳口宽度160mm最大张开度320mm型式轻便角固虎钳通用机床铣床材质45钢4
21、.2 工序设计1、手机外壳模具尺寸设计毛坯150mm90mm20mm 45优质碳素钢板料状图三、毛坯外形外壳基本尺寸120mm60mm屏幕区域45mm44mm中间按键10mm10mm按键12mm6mm；插口6mm2mm听筒倒角为R1，上边缘为R2，下边缘R3，其余未标注倒角均为R3图四、cad视图表二、工步工步名称1材料热处理2粗铣两侧面3粗铣上表面和外轮廓4精铣上表面和外轮廓5各按键加工6听筒加工7屏幕区域加工8边缘曲面加工9背面铣外轮廓10背面铣平面11加工插口12仿真13检验2、用CAXA2010制造工程师化三维视图及NG处理采用立式铣床加工，工件材料为45钢 此零件外形规则，被加工各部
22、分的尺寸精度要求较高。零件结构包含平面、曲面、内外轮廓等。校正虎钳钳口，使之与工作台X轴移动方向平行。在工件下表面与平口钳之间放入精度较高的平行垫块，压紧平行垫块使平行垫块不能移动后夹紧工件。零点为工件表面正中心，设置Z轴零点与机械零点重合。对于同一把刀具调用相等的刀具长度和补偿值，有时也可能不使用长度补偿功能，。根据要求加工零件：1、 粗铣上表面1.8mm用20mm平刀，再精加工表面0.2mm选16mm平刀图五、加工参数选择2、 粗铣外轮廓预留量2mm选20mm平刀，再精加工余量选16mm平刀3、 各按键轮廓加工选4mm平刀，中间按键轮廓加工选5mm平刀4、 挖屏幕区域选4mm平刀5、 边缘
23、曲面加工选4mm球刀图六、加工示意图6、 建立新的坐标系，用20mm的平刀铣背面外轮廓7、 铣背面平面用20mm平刀加工4mm，再用16mm平刀精加工1mm8、 用6mm球刀加工背面的曲面9、 加工插口用2mm的平刀深度2mm图七、成型示意图刀具的选择及铣削参数表三、刀具参数产品名称手机上盖零件名称凸模零件图号程序编号工序号刀具号刀具名称刀具材料刀杆长度刀尖半径/mm备注1T0120mm粗铣刀高速钢304002T0216mm精铣刀高速钢304005T034mm平刀高速钢304006T044mm球刀高速钢304027T055mm平刀高速钢304008T062mm平刀高速钢304009T076mm
24、球刀高速钢30403编制审核批准共1页第1页1.平头铣刀，进行粗铣，去除大量毛坯，小面积水平平面或者轮廓精铣；2.球头铣刀，进行曲面半精铣和精铣；小刀可以精铣陡峭面/直壁的小倒角。3、对刀方式1、 采用传统的方法即通过试切再调整，在工件表面洒小水滴待刀具旋转时水珠甩出来即可认为切到工件表面，此法可防止工件表面划伤，但是水珠的大小不好控制仍会存在误差。2、 机外对刀仪。机外对刀仪本质是测出刀具假象刀尖点到刀具台基准之间X及Z之间的距离。利用机外对刀仪可将刀具预先在机床外校对好，以便装上机床后将对刀长度输入相应刀具补偿即可使用。由于条件有限，我选用传统方式进行对刀。4.3 数控加工工序卡片表四、数
25、控加工卡片湖北工业大学工程技术学院数控加工工序卡片产品名称零件名称材料零件图号手机上盖凸模45钢工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间1800010角固定式虎钳QM16160LX5032数控中心工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速（r/min）进给量（mm）背吃刀量（mm）备注1粗铣上表面T01100011.82精铣上表面T0210000.10.23粗细外轮廓T0110001134精铣外轮廓T021000125听筒T0610000.50.56中间按键T0510000.517粗铣屏幕区域T031000118精铣屏幕区域T0310000.50.59边缘曲面T0410001310铣背面外轮廓T0
26、1100011511铣背面平面T0110001512插口T06100012编制审核批准共1页第1页5 零件三维视图及后置处理5.1 三维视图图八、三维视图工艺卡片表五、加工工艺过程卡片材料牌号45钢毛坯外形尺寸150mm90mm20mm毛坯件数1每台件数备 注工序号工序名称工 序 内 容刀具号车 间工艺设备主轴转速(r/min)切削速度(r/min)切削用量mm01粗铣粗铣上表面1.8mmT01铣车车间X503210002001.802精铣精铣上表面0.2mmT02铣车车间X503210004000.203粗铣粗铣外轮廓T01铣车车间X503210002001304精铣精铣外轮廓T02铣车车间
27、X50321000400205铣削各按键T04铣车车间X50321000200106铣削中间按键T005铣车车间X50321000200107铣削屏幕区域T03铣车车间X503210002000.508铣削听筒T06磨床车间X503210002000.509磨边上曲面T04铣车车间QM16160L1000200210铣削背面外轮廓T01铣车车间X503210002001511铣削背面平面T01铣车车间X50321000200512磨边背面曲面T04铣车车间X50321000200313插口侧面T06铣车车间X50321000200213检验检验产品是否合格14入库标记更改文件号签字日期更改文件
28、号签字方志明5.2 仿真处理上表面仿真 图九、仿真图形上表面背面仿真图十、仿真图形背面5.3 NG处理（详细程序见附录）%(铣上表面平面)N10G90G54G00Z60.000N12S1000M03N14X-75.000Y45.000Z60.000N16Z50.000N18Z9.000N20G01Z-1.000F100N22X75.000F200N24Y35.000N26X-75.000N28Y25.000N30X75.000N32Y15.000N34X-75.000N36Y5.000N38X75.000N40Y-5.000N42X-75.000N44Y-15.000N46X75.000N48Y-25.000N50X-75.000N52Y-35.000N54X75.000N56Y-45.000N58X-75.000N60Z50.000F800N62G00Y45.000N64Z8.000N66G01Z-2.000F100N68X75.000F20
