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专业综合实验 姓名： 班级： 学号： 指导老师： 院系名称： 日期： 2 手机外壳模具建模与加工 一、实验性质、目的 本实验属机械制造方向综合实验，实验内容主要涉及到机械制造工程学、机械 术应用、数字控制技术和数控编程技术相关课程的。通过实验教学，可以使学生加 深理解、消化、巩固课堂所学的知识，了解普通的、先进的机械制造工艺装备和现代机械加工手段，掌握以 为代表的三维 体化数控加工技术在模具设计和制造中的应用。 二、实验内容和意义 该实验由“手机外壳模具设计、手机外壳模具数控加工”两个实验构成。 该实验通过对手机外壳模具设计建模方法的学习和实践，使学生可以了解术的应用现状和发展趋势，掌握特征建模的基本理论和方法以及运用典型统 成产品及 其模具设计的基本步骤和方法。 该实验通过对手机外壳模具数控编程和加工的学习实践可以使学生熟悉统的功能和工作原理并更好的培养学生的建模与数控编程能力，学生通过它可以了解 术在机械设计与加工中的应用，熟悉产品从设计建模到数控加工的整个过程。 实验一 手机外壳模具设计 一、 实验内容 1、 手机外壳设计建模 用 成手机外壳设计建模。手机外壳的基本结构如下图 1 和图 2所示。 图 1 图 2 2、手机外壳模具设计建模 基于所设计建立的手机外壳模型，用 成手机外壳模具的设计建模。 二、 实验要求 该实验是针对机制方向的本科生。要求学生对特征建模的基本原理和方法等 识和理论有充分了解，掌握分型面等模具设计的相关概念，能够在规定时间内运用 成手机外壳及其模具的设计和建模。 三、 实验方法和步骤 3 1 手机外壳建模 3 1 1 手机外壳结构特征及其对应的 征建模工具 手机外壳是典型的薄壁类零件，根据手机外壳的结构特 点，手机外壳的主要结构特征建模及其所对应的 征建模工具如表 1 所示： 表 1 手机结构特征及其对应 征建模工具 3 1 2 手机外壳建模步骤 1）新建手机外壳模型文件 在 统文件菜单中点新建命令，激活新建文件对话框，在对话框的类型列表中选择零件类型，在名称文本框中输入所要建立的手机外壳模型名称，点确定完成手机外壳模型文件的建 立。 2）建立手机外壳实体模型 钮，在操控面板中选择【放置】命令，弹出上滑面板，在其中单击 按钮，弹出【草绘】对话框。 为草绘平面， 为草绘视图的右参考面，单击草绘按钮进入草绘状态。 所示的图形，作为手机的截面图形，单击草绘工具的 按钮，退出草绘状态，设置拉伸长度为 30，单击 按钮生成手机基座，如图 4 所示。 图 3 图 4 手机外壳结构特征 征建模工具 薄壁特征 抽壳工具 孔特征 拉伸工具 圆角，倒角 倒角工具 重复孔结构 阵列工具 3）建立外壳周边圆角特征 单击倒圆角特征工具“ ”，依次选择手机外壳模型一侧平面要导圆角的棱边，并在倒圆角特征对话框中输入圆角半径，点完成按钮 ，建立如图 5 所示的手机外壳圆角特征。 4）手机外壳抽壳 单击壳特征工具图标“ ”，激活壳特征对话框，选择手机外壳模型没有导圆角的一侧平面，在对壳特征话框中输入壁厚 2，点完成按钮“ ”，完成对手机外壳实体模型的抽壳如图 6 所示。 图 5 图 6 5）建立手机屏幕窗口孔 单击草绘按钮“ ”，选择未抽壳手机外壳模型上表面为绘图平面，然后用矩形绘图工具“ ”在上表面绘制矩形屏幕窗口的形状并导圆角，操作与绘制手机外壳截面形状类似。用鼠标选择尺寸并修改使矩形屏幕窗口位置居中。如图 7 所示，然后点“ ”工具，点按钮“ ”设置除材料属性，用 “ ”按扭选择向模型内部的拉伸方向，然后输入大于外壳壁厚的拉伸距离，点完成按钮“ ”，创建手机屏幕窗口孔 。 6）建立手机拨号键孔特征 图 7 单击草绘按钮“ ”，选择未抽壳手机外壳模型上表面为绘图平面，然后用 椭圆绘图工具“ ”。绘制好按键孔形状后，注意修改按键孔自身尺寸和其定位尺寸，保证它可以在手机外壳模型剩余的外表面上按 4 行 3 列均匀分布。绘制好后，单击拉伸特征工具，点按钮“ ”设置除材料属性，用 “ ”按扭选择向模型内部的拉伸方向，然后输入拉伸距离为 3，单击完成按钮“ ”，创建如下图 8 所示的手机拨号键孔。 7）阵列手机拨号键孔特征 用阵列特征工具 建立其余的手机拨号键孔。阵列对 象为刚建立的手机拨号键孔，注意阵列类型选择按方向阵列，通过鼠标分别指定与阵列方向垂直的手机外壳模型的两个侧平面，以定义阵列的两个方向，然后分别输入在两个方向的手机拨号键孔的阵列数目和阵列距离，最后点击完成“ ”按钮，就可以建立图 9 所示手机拨号键孔特征。 8）保存手机外壳模型 保存文件，更改名字为 图 8 图 9 3 2 手机外壳模具设计建模 3 2 1 具设计的基本概念 1）参照模型或参照零件 表示与所设计模具相对应的零件模型。 2）工件 用于完成模具设计的模具实体模型。模具设计本质就是沿所设计零件的外型轮廓表面，将工件拆分成与零件对应的 上、下摸或模芯、模腔， 完成零件的模具设计。 3）分型面 包含零件外形轮廓，并可依据零件外型轮廓将工件完全分离分割开的，具有完整边界的曲面。 3 2 2 手机外壳模具建模步骤 1）新建模具模型文件 在 活新建文件对话框，在对 话框的类型列表中选择制造，在子类型中选择模具型腔选项，输入模具文件名称，取消使用“缺省模板”选项，点确定，激活新建文件选项对话框，选择击确定进入模具 图 10 设计环境，激活如图 10所示的模具菜单。 2） 调入手机外壳模型 点击模具菜单中的模具模型，在下拉的“模具模型”菜单中选择“定位参照零件”，在激活的文件对话框中选择刚建立的手机外壳模型文件，点击打开按钮，在创建参照模型对话框中选择选择“同一模型”点确定按钮，在布局对话框中选择 单一布局，点确定按钮将手机外壳模型调入到当前设计环境中。 3）创建手机外壳模具工件 在模具模型下拉菜单中点击创建菜单，激活模具模型类型下拉菜单，在其中点击选择“工件”菜单，激活创建工件下拉菜单，选择手动创建，激活如图 12所示的元件创建对话框，如图 11所示，类型选零件，子类型选实体，在名称编辑框中输入手机外壳模具的名称，点确定关闭元件创建对话框。激活特征创建选项对话框， 图 11 选择创建特征，点确定回到模具模型下拉菜单，在其中选择“加材料”命令，接受其他默认选项，点完成菜单，开始基于所建 立的手机外壳模型创建手机外壳的模具的实体模型。首先点草绘按钮“ ”，选择手机外壳模型侧平面作为草绘平面，用“ ”工具绘制可包容手机外壳截面的矩形，点“ ”按钮结束对手机外壳模具截面形状的绘制。点“ ”按钮在屏幕底部激活拉伸特征对话框，开始创建外壳模具实体。鼠标在拉伸特征对话框选择相两侧拉伸，既沿刚才选定的手机外壳模型侧平面基于所绘制的手机外壳模具截面向两侧拉伸形成手机外壳模具模型。在拉伸距离编辑框中输入沿两侧 拉伸的距离使所拉伸的手机外壳模具实体模型可以完全包容手机外壳（该工作也可通过鼠标拖动拉伸距离标志完 成）。设置好后，点“ ”按钮建立如图 12所示可完全包容手机外壳模型的手机外壳模具模型。此时，在屏幕左侧模型树中，也会对应显示以所命手机外壳模具名称为名的手机外壳模具模型。 图 12 4） 定义分型面 分型面就是可以沿零件外型轮廓将模具完全分割开的一个完整的曲面，针对手机外壳模型，其建立分为如下两个步骤， 1：复制和封闭手机外壳模型外表面 2：沿底面延拓所复制的手机外壳模型外表面 第一步的具体步骤是首先隐藏刚建立的外壳 模具模型。然后在“模具模型”下拉菜单中点击“分型面”命令，激活“分型面”下拉菜单，点“创建”命令，激活“分型面名称”对话框，输入分型面名称，点确定。激活“曲面定义”下拉菜单，点“增加”命令，激活“曲面选项”菜单，选择“复制”命令，点“完成”命令，开始选取手机外壳模型的全部外表面，选中的面将被加亮显示，选取完毕，鼠标点击选取对话框的确定按钮，完成对手机外壳表面的复制，接下来在曲面复制对话框中双击填充环命令，鼠标选取包含屏幕孔和拨号键孔的外壳上表面，使其加亮显示，选取完毕，点选取对话框的确定按钮，然后依次点取聚 合填充下拉菜单中的“完成参考”和“完成返回”命令，关闭聚合填充下拉菜单，将外壳表面的封闭成一个平面，如图 13所示。 图 13 第二步的工作是沿手机外壳底平面构建一个可以将工件分割开的平面并将它与第一步所复制的封闭外壳表面合二为一形成最终的分型面。具体步骤是，在曲面管理器菜单的曲面定义下拉菜单中点“增加”命令，激活曲面选项下拉菜单，在其中选择平整命令，然后点“完成”命令，激活“曲面：平整”对话框，然后鼠标选取手机外壳底面为草绘平面，选用“ ”矩形绘图 工具绘制一个可完全包容工件横截面的矩形平面。绘制完毕，点 按钮。然后 点确定关闭“曲面：平整”对话框。接着在曲面定义下拉菜单中点击“合并”命令，激活曲面合并对话框，鼠标选择刚绘制的矩形平整平面作为合并平面与前面所复制的外壳表面进行合并，在曲面合并对话框合并类型中选择侧 2，用所绘制平面在外壳表面外侧部分与外壳表面合并生成最终分型面，点完成按钮 实现曲面合并，点完成 /返回关闭曲面定义菜单，然后再点完成 /返回关闭分型面菜单，建立手机外壳分型面如图 14所示。 图 14 5） 提取模 具体积块以生成模具元件： 在左侧模型树中鼠标右键点模具模型取消对模具模型的隐藏，在模具菜单中点击摸具体积块命令，激活模具体积块菜单，在其中选择分割命令，接受两个体积块，所有工件选项，点击完成按钮，激活分割对话框，鼠标选取刚才建好的分型面，点击确定，完成，依次输入分割出的两个体积块的名称，点击完成 /返回，关闭模具体积块菜单完成模具体积块的分割。然后，在模具菜单中点击模具元件命令，激活模具元件菜单，选择抽取命令，激活模具元件对话框，在其中，点“ ”按钮，点击确定，完成模具元件抽取，生成模具元件。点完成 /返回 关闭模具元件菜单。隐藏工件后，模具元件的开模前的装配效果如图 15所示。 6）开模： 首先保证工件已经被隐藏，然后点击模具菜单中的模具进料孔命令，打开模具孔菜单，选择定义间距，定义移动命令，分别选取上、下模具元件以及它们的顶面和底面指定开模方向，并分别在下面的对话框中输入上下模具元件各自的移动的距离，最后在模具孔菜单中点完成，实现开模，效果如图 16所示。 图 16 7）保存模具模型文件 在文件菜单中点保存命令，保存外壳模具模型， 会自动生成以所命名积块为名称的凸摸和 凹模模型文件。 8）模型格式转换 在文件菜单中点打开命令，打开保存的外壳凸摸模型文件。然后在文件菜单中点保存副本命令，如下图 17所示，选择 样对于凹模也执行相同操作实现格式转换。 实验二 手机外壳模具数控铣削加工实验 一、实验目的： 1了解数控铣削在模具加工中的作用 2掌握用数控铣加工模具型腔的加工工艺 3掌握运用 的方法 4掌握数控程序的传输方法 5了解数控程序在加工中心运行过程 二、实验内容 1拟订模具型腔铣削加工工艺 2利用 3根据拟订的加工工艺，利用 模型腔进行刀具路径设计 4模拟加工并生成 5传输 6试运行 三、实验步骤 机外壳凹模 作步骤 图形处理 1从 系统中输出手机外壳凹模零件的 2在 统中将手机外壳 凹模零件的 在菜单栏中选择回主功能表 /档案 /档案转换 /取。 在系统指定文挡名对话框中读取 击打开。 系统弹出的 击 在系统弹出的删除当前文件提示对话框中，单击是按钮。 单击工具栏中的 （全屏显示）按钮， 图 01 屏幕显示如图 01所示的凹模线框模型。 坐标处理 1在菜单栏选择回主功能表。 2单击顶部工作栏中的 （等角视图）按钮，单击 （构图面 侧视图）按钮，单击 （全屏显示） / 。 3在菜单栏中选择转换 /旋转 /所有的 /图素命令旋转所有几何图素。 4选择执行命令。 5系统提示选择旋转基准点，在菜单栏中选择原点命令以系统原点为旋转点。 图 02 6系统弹出旋转参数设置对话框，输入旋转角度为 幕显示如图 02所示的旋转后凹模模型。 对刀点的确定 1在菜单栏单击层别，系统弹出设置图层对话框，输入“层别”，单击确定，单击顶部工作栏中的 （构图面 空间绘图）按钮。 2绘制曲面边界线 在菜单栏中选择回主功能表 /绘图 /边界盒。 统弹出设置图层对话框，输入“层别 3”，单击确定，单击顶部工作栏中的 （构图面 空间绘图）按钮，单击重画按钮。在菜单栏中选择回主功能表 /绘图 /尺寸标注，更改颜色为 13号，然后单击曲面曲线 /所有的 /执行 /执行。 规划曲面挖槽粗加工刀具路径（留余量 1刀具路径规划 单击工作拦中的 （构图面 俯视图）按钮，构图面设为俯视构图面。 选择刀具路径 /曲面加工 /粗加工 /挖槽粗加工命令。 选择所有的 /曲面命令，选择所有曲面，选择执行命令。 系统弹出曲面粗加工挖槽刀具参数对话框，鼠标放在空白处，单击从刀库中选取刀具，系统弹出刀具库对话框，从刀具库中选取直 径为 16 刀的圆角铣刀。 单击曲面挖槽刀路对话框中的曲面加工参数选项卡，设置参数。 图 03 单击挖槽粗加工参数选项卡，设置参数。 (7)单击曲面挖槽刀路对话窗中的确定按钮，系统提示选择刀路范围限定框（标箭头），选择串连曲面边界线，鼠标拾取边界线，选择执行命令，系统产生如图03所示曲面挖槽刀路。 在菜单栏选择刀具路径 /操作管理，系统弹出如图04所示的刀路操作管理对话框。选择刀路模拟选项卡，在菜单栏选择手动模拟（按“ S”键）或自动模拟，如图 05所示。 图 04 在菜单栏选择刀具路径 /工作设置，系统弹出如图 06所示的工作设置对话框，鼠标捕捉毛坯的左上角为对刀点，分别在 X、 Y、 长、宽、高。具体参数设置如图所示。 图 05 4曲面挖槽粗加工实体验证 在菜单栏选择刀具路径 /操作管理，系统弹出如图 04所示的刀路操作管理对话框。选择实体验证选项卡，系统弹出如图 07所示的实体验证操作对话框，单击按钮，实体验证过程如图 08所示。 图 07 图 08 规划曲面等高外形粗加工刀具路径 1 8 单击工作拦中的 （构图面 俯视图）按钮，构图面设为俯视构图面。 选择刀具路径 /曲面加工 /粗加工 /等高外形粗加工命令。 选择所有的 /曲面命令，选择所有曲面，选择执行命令。 系统弹出曲面等高外形刀具参数对话窗，鼠标放在空白处，单击右键，单击从刀库中选取刀具，从刀具 库中选取直径为 8刀尖角为 1的球刀，在曲面等高外形刀具参数设置对话窗中输入切削参数、程序名、冷却等。 单击曲面加工参数选项卡，设置参数。 单击切削方向误差值选项卡，参数设置。 单击等高外形粗加工参数选项卡，参数设置。 单击切削深度选项卡，切削深度参数设置。 单击间隙设置选项卡，选择切削顺序最佳化，参数设置。 单击 等高外形粗加工的确定按钮，系统提示选择刀路范围限定框（标箭头），选择串连曲面边界线，鼠标拾取边界线，选择执行命令，系统产生如图 09所示等高外形精加工刀路。 在菜单栏选择刀具路径 /操作管理，根据系统的刀路操作管理对话框，选择刀路模拟选项卡，在菜单栏选择手动模拟（按“ S”键）或自动模拟。 规划曲面平行精加工刀具路径（无余量） 1、 单击工作拦中的 （构 图面 俯视图）按钮，构图面设为俯视构图面。 选择刀具路径 /曲面加工 /精加工 /平行铣削命令。 选择所有的 /曲面命令，选择所有曲面，选择执行命令。 系统弹出曲面精加工 平行铣削刀具参数对话框，鼠标放在空白处，单击右键，单击从刀库中选取刀具，从刀具库中选取直径为 4的球头铣刀，在曲面精加工 平行铣削刀具参数设置对话窗中输入切削参数、程序名、冷却等。 单击曲面加工参数选项卡，参 数设置。 单击平行铣削精加工参数选项卡，参数设置。 单击间隙设置选项卡，选择切削顺序最佳化，参数设置。 单击平行铣削精加工对话框的确定按钮，系统提示选择刀路范围限定框（标箭头），选择串连曲面边界线，鼠标拾取边界线，选择执行命令，系统产生平行铣削精加工刀。 2平行铣削精加工实体加工模拟 在菜单栏选择刀具路径 /操作管理，系统弹出如图所示的刀路操作管理对话框。选择实体验证选项卡，系统所示的实体验证操作对话框，单 击 按钮，实体验证结果如图 10所示。 后置处理（生成序） 在菜单栏选择刀具路径 /操作管理在弹出的对话框中单击后处理按钮，系统弹出的后处理程式对话框，选择打开储存 、编辑，单击确定按钮，系统弹出的输入程序名对话框，输入程序名， 单击保存按钮，显示 序如图11 所示，并保存。 图形处理 同凹模的读取过程，将凸模读入系统。如图 12 所示。 坐标处理 1在菜单栏选择回主功能表。 2单击顶部工作栏中的 （等角视图）按钮，单击 （构图 面 侧视图）按钮，单击 （全屏显示） / 。 3在菜单栏中选择转换 /旋转 /所有的 /图素命令旋转所有几何图素。 4选择执行命令。 5系统提示选择旋转基准点，在菜单栏中选择原点命令以系统原点为旋转点。 6系统弹出旋转参数设置对话框，输入旋转角度为 幕显示如图 13 所示的旋转后凹模模型。 加工坯料及对刀点的确定 1 绘制边界盒，如图 14所示。 2 绘制曲面边界线 以上步骤同凹模的制作步骤一样。 规划曲面挖槽粗加工刀具路径（留余量 参数设置 1 3模用曲面挖槽刀路开粗。 单击工作拦中的 （构图面 俯视图）按钮，构图面设为俯视构图面。 选择刀具路径 /曲面加工 /粗加工 /挖槽粗加工命令。 选择所有的 /曲面命令，选择所
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