手机外壳模具设计大作业说明书.docx

机械设计方向综合实验实验报告册院（系）名称：机电信息系专业：机械设计制造及其自动化实验题目：手机外壳模具设计实验一 手机外壳模具设计1.1实验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CAD/CAM技术应用、注塑模具等相关课程。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Pro/E为代表的三维CAD系统的特征建模理论方法在模具设计和制造中的应用。1.2实验内容1.2.1手机外壳设计建模用ProEWildFire 2.0完成手机外壳设计建模。手机外壳的基本结构如下图1所示。 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CAD/CAM技术应用、注塑模具等相关课程。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Pro/E为代表的三维CAD系统的特征建模理论方法 图1 手机外壳1.2.2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ProEWildFire 2.0完成手机外壳模具的设计建模1.3实验设备及环境1计算机 2Pro/E wildFire 2.01.4实验原理和步骤1.4.1手机外壳建模 A. 手机外壳结构特征及其对应的ProE特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ProE特征建模工具如表1所示：表1 手机结构特征及其对应ProE特征建模工具手机外壳结构特征ProE特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B. 手机外壳建模步骤（1）新建手机外壳模型文件在ProE系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基于“ ”拉伸特征工具，建立如图2所示手机外壳实体模型。 图2 手机外壳实体模型具体操作步骤为：点击“ ”按扭，激活拉伸特征工具菜单，在菜单中点击放置按钮，点定义按钮，激活草绘菜单，选择front面作为草绘平面，选择矩形绘图工具“”绘制外壳矩形截面。绘制完后，用倒圆角工具，在所绘制的矩形中完成倒圆角。用选择工具“”选择并依次修改外壳截面图形尺寸达到规定的要求。修改好后，点完成按钮“”结束手机外壳截面绘制，重新激活拉伸特征工具，输入拉伸的距离，点完成按钮“”即可建立如图2的手机外壳实体模型。（3）建立外壳周边圆角特征点击倒圆角特征工具“ ”，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3所示的手机外壳圆角特征。 图3 手机外壳倒角 （4）手机外壳抽壳点击壳特征工具图标“ ”，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4所示。图4 手机外壳抽壳 （5）建立手机屏幕窗口孔点草绘按钮“”，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。绘制好后，用鼠标选择尺寸并修改使矩形屏幕窗口位置居中。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“ ”，创建如下图5所示的手机屏幕窗口孔。 图5 手机屏幕窗口孔（6）建立手机拨号键孔特征操作步骤与建立手机屏幕窗口孔特征相同，仅在手机外壳模型上表面绘制拨号键孔时使用的是椭圆绘图工具“”。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，用拉伸特征工具 建立如图6所示的一个手机拨号键孔，操作步骤与建立屏幕窗口特征类似。图6 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7所示手机拨号键孔特征。图7 手机按键孔阵列（8）保存手机外壳模型1.4.2手机外壳模具设计建模A. ProE模具设计的基本概念(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。B.手机外壳模具建模步骤(1）新建模具模型文件在ProE系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mmns_mfg_mold模板，点确定进入模具设计环境，激活如图8所示的模具菜单。图8 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9所示的元件创建对话框， 图9 元件创建对话框如图9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，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10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10 手机外壳模具工件（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，激活如下图11所示的曲面复制对话框，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，如下图12所示。 图11 曲面选取状态的曲面复制对话框 图12 手机外壳表面选取结果选取完毕，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，激活如图13所示的聚合填充下拉菜单，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14所示。 图13 聚合填充下拉菜单 图14 封闭手机外壳上表面封闭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16所示。图16 手机外壳分型面（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17所示。图17模具开模前（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，然后如图18左图所示分别选取上、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18右图 图18 模具开模（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，Pro/E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19所示，选择IGES格式实现模型的转换格式存储。同样对于凹模也执行相同操作实现格式转换。 图19 保存副本对话框1.5总结通过本次实验，使我了解了Pro/E软件的基本功能，从手机壳外壳的制作草图绘制、拉伸、反向、盒体、等操作命令，最终得到一个手机壳的外壳模型。通过对手机壳的制作从而进行手机壳模具的建模，对上模板、下模板、分型面的绘制最终得到手机壳的制作模具。在试验初期老师给我们进行了一些简单零件绘制的培训，其中虽然遇到了一些问题，但是同老师交流后这些问题都得到了很好的解决。使得本次实验最终圆满完成。 实验二  手机外壳模具数控铣削加工实验2.1、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Mastercam软件对模具型腔进行曲面加工刀具路径设计的方法 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2.2、实验内容  1拟订模具型腔铣削加工工艺 2利用Mastercam软件对模具图形进行处理 3根据拟订的加工工艺，利用Mastercam软件对凸、凹模型腔进行刀具路径设计 4模拟加工并生成NC程序5传输NC程序 6试运行NC程序   2.3、实验步骤2.3.1手机外壳凹模Mastercam9.0操作步骤（1）图形处理1从Pro/E系统中输出手机外壳凹模零件的IGES格式文件。 2在Mastercam9.0 系统中将手机外壳凹模零件的IGES格式文件转换成MC9格式文件。（2）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）/，如图下为旋转前后凹模模型。  旋转前凹模模型 旋转后凹模模型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。 （3）对刀点的确定1 在菜单栏单击层别，系统弹出如下图所示的设置图层对话框，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. 关闭“层别”，在“层别”绘制曲面边界线； 3将图形在、Y、Z轴等比例缩小，系数根据自己设计的尺寸计算（Pro/E为尺寸为英寸，1英寸=25.4毫米）；（4）绘制曲面边界线  1.在菜单栏中选择回主功能表/绘图/曲面曲线/所有边界/鼠标选取上曲面/执行/执行/回主功能表，2将边界线的左上角平移到系统的原点（为对刀点）（5）上模加工步骤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。选刀参数设置。单击曲面挖槽刀路对话框中的曲面加工参数选项卡。单击挖槽粗加工参数选项卡。 单击切削方向误差值选项卡。单击切削深度选项卡。单击间隙设置选项卡。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。2）刀具路径模拟（1）曲面挖槽粗加工实体验证（2）规划曲面等高外形粗加工刀具路径（主要针对较陡曲面的余留残料进行粗加工）（3）R3球刀对凹模进行曲面平行精加工刀路设计（4）外形铣削（5）实体验证（6）上模后处理生成NC代码2.3.2手机外壳凸模Mastercam9.0操作步骤（1）图形处理1从Pro/E系统中输出手机外壳凸模零件的IGES格式文件。 2在Mastercam9.0 系统中将手机外壳凸模零件的IGES格式文件转换成MC9格式文件。（2）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）/，如图下为旋转前后凸模模型。 旋转前凸模模型 旋转后凸模模型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。 （3）对刀点的确定1.在菜单栏单击层别，系统弹出如下图所示的设置图层对话框，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. 关闭“层别”，在“层别”绘制曲面边界线； 3将图形在、Y、Z轴等比例缩小，系数根据自己设计的尺寸计算（Pro/E为尺寸为英寸，1英寸=25.4毫米）；（4）绘制曲面边界线   1.在菜单栏中选择回主功能表/绘图/曲面曲线/所有边界/鼠标选取上曲面/执行/执行/回主功能表，2将边界线的左上角平移到系统的原点（为对刀点）（5）凸模加工步骤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。选刀参数设置。单击曲面挖槽刀路对话框中的曲面加工参数选项卡。单击挖槽粗加工参数选项卡。 单击切削方向误差值选项卡。单击切削深度选项卡。单击间隙设置选项卡。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。2）刀具路径模拟（1）曲面挖槽粗加工实体验证（2）规划曲面等高外形粗加工刀具路径（主要针对较陡曲面的余留残料进行粗加工）（3）曲面平行精加工-平行铣削实体验证（4）外形铣削实体验证（5）曲面精加工-交线清角实体验证（6）手机下模实体验证 （7）下模后处理生成NC代码2.4、主要仪器设备1计算机。 2CAD软件、CAD/CAM软件。3通讯软件。 4加工中心。5. 刀具预调测量仪。6. 杠杆百分表、磁力表架。7. 带表卡尺。8铣削常用刀具、通用夹具。9寻边器。2.5、体会通过此次手机外壳模具数控铣削实验使我初步了解并且掌握数控编程软件的基本功能，在操作Mastercam9.0软件的过程中，由于不熟悉实际操作，在三维模拟加工过程中遇到加工不出来自己想要的结果等问题，我明白了如果其参数设置没有问题，可能就是刀具参数设置不对，常见的可能有刀具直径设置过大，需修改刀具参数设置，将问题解决。同时，在选刀和S、F的控制中遇到了一些麻烦，需要进行多次的调整，最终选择合适的数据完成编程。本次综合实验使我了解到自身的许多不足，在今后的学习中要多动手练习，对机械加工及数控自动编程和工艺装备等相关理论知识有更深一层的了解。报告人：杜衡2017年11月23日