技術中心2024-12-23
摘 要：對某款iPhone手機殼的結(jié)構(gòu)進行了分析，介紹了iPhone手機殼五軸加工編程的具體步驟及夾具的設計方法，解決了iPhone手機殼背面加工工藝難點。實踐結(jié)果表明，整個加工過程清晰、刀具和切削參數(shù)選用合理，加工效果滿足使用要求。
0 引言
自iPhone5手機采用鎂鋁合金制造金屬外殼以來，國內(nèi)品牌形成大規(guī)模采用金屬機殼之勢，從而使多軸數(shù)控加工技術得到了空前的發(fā)展[1]。多軸數(shù)控加工使工件在一次裝夾后，可以對多個加工面進行銑、鏜、鉆等多工序加工，有效地避免了由于多次安裝造成的定位誤差，能縮短生產(chǎn)周期、提高加工精度[2]。本文旨在介紹iPhone手機殼的加工工藝及加工方法，希望能為企業(yè)生產(chǎn)提供相應借鑒。
自iPhone5手機采用鎂鋁合金制造金屬外殼以來，國內(nèi)品牌形成大規(guī)模采用金屬機殼之勢，從而使多軸數(shù)控加工技術得到了空前的發(fā)展[1]。多軸數(shù)控加工使工件在一次裝夾后，可以對多個加工面進行銑、鏜、鉆等多工序加工，有效地避免了由于多次安裝造成的定位誤差，能縮短生產(chǎn)周期、提高加工精度[2]。本文旨在介紹iPhone手機殼的加工工藝及加工方法，希望能為企業(yè)生產(chǎn)提供相應借鑒。
1 結(jié)構(gòu)分析及加工工藝制定
iPhone手機殼結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括：音量調(diào)節(jié)孔、靜音孔、蘋果標志、閃光燈孔、機孔、電源孔、卡槽孔、充電孔和音量孔等結(jié)構(gòu)，表面光潔度較高。根據(jù)iPhone手機殼可知，其六個面都需要進行加工，若采用傳統(tǒng)的三軸進行加工則需要多次裝夾，很難保證加工精度，因此，采用多軸加工，只需要兩次裝夾即可完成加工。根據(jù)零件的尺寸，確定毛坯尺寸為150×80×32。為解決背面的加工效果，在正面加工完畢之后，需要制作夾具，以滿足背面的加工要求。根據(jù)本款手機殼的尺寸，確定夾具毛坯尺寸為140×65×25。
iPhone手機殼結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括：音量調(diào)節(jié)孔、靜音孔、蘋果標志、閃光燈孔、機孔、電源孔、卡槽孔、充電孔和音量孔等結(jié)構(gòu)，表面光潔度較高。根據(jù)iPhone手機殼可知，其六個面都需要進行加工，若采用傳統(tǒng)的三軸進行加工則需要多次裝夾，很難保證加工精度，因此，采用多軸加工，只需要兩次裝夾即可完成加工。根據(jù)零件的尺寸，確定毛坯尺寸為150×80×32。為解決背面的加工效果，在正面加工完畢之后，需要制作夾具，以滿足背面的加工要求。根據(jù)本款手機殼的尺寸，確定夾具毛坯尺寸為140×65×25。
根據(jù)iPhone手機殼的結(jié)構(gòu)特點，制訂加工工藝，將加工工藝分為正面加工、夾具加工和背面加工和手切裝夾點。正面加工，其工序為：整體銑外形-精加工外形-粗銑蘋果標志、相機孔和精加工相機孔-粗精加工工件裝夾孔-精加工蘋果標志和粗精加工閃光燈孔-精加工蘋果標志小桿-半精加工外殼圓弧-精加工外殼圓弧-精銑充電孔音量調(diào)節(jié)孔靜音孔電源孔卡槽孔-音量孔打點-音量孔鉆孔-半精加工內(nèi)倒扣-精加工內(nèi)倒扣及手機外殼上邊框倒角；夾具工序為：精加工面-粗銑輪廓-精銑輪廓（與iPhone外形配合）-粗加工裝夾孔-精加工裝夾孔（與工件裝夾孔
配合）；背面加工工序為：背面開粗-背面精加工-背面刻字-背面刻紋。
配合）；背面加工工序為：背面開粗-背面精加工-背面刻字-背面刻紋。
2 加工設備選取幾工藝參數(shù)制定
2.1 加工設備的選取
根據(jù)加工要求及實訓室現(xiàn)有的條件，選用了WG-125工業(yè)五軸五聯(lián)動加工中心，主軸最高轉(zhuǎn)速為12000轉(zhuǎn)/min，轉(zhuǎn)臺尺寸為φ125，機床加工精度穩(wěn)定，能夠滿足iPhone手機殼的加工需要。
2.1 加工設備的選取
根據(jù)加工要求及實訓室現(xiàn)有的條件，選用了WG-125工業(yè)五軸五聯(lián)動加工中心，主軸最高轉(zhuǎn)速為12000轉(zhuǎn)/min，轉(zhuǎn)臺尺寸為φ125，機床加工精度穩(wěn)定，能夠滿足iPhone手機殼的加工需要。
2.2 加工工工藝參數(shù)制定
由于iPhone手機殼的材料為鎂鋁合金材料，并根據(jù)模型各加工區(qū)域的結(jié)構(gòu)特點，對其進行加工工藝分析，確定各加工工序使用的刀具及主要切削參數(shù)如表1～表3所示。
由于iPhone手機殼的材料為鎂鋁合金材料，并根據(jù)模型各加工區(qū)域的結(jié)構(gòu)特點，對其進行加工工藝分析，確定各加工工序使用的刀具及主要切削參數(shù)如表1～表3所示。
表1 正面加工刀具及切削參數(shù)表
| 序號 | 工序 | 刀具 | 主軸轉(zhuǎn)速 | 切削進給率 | 余量 | 備注 |
| 1 | 整體銑外形 | D10 | 4000 | 3000 | 0.3 0.2 | 外形 內(nèi)壁 |
| 2 | 精加工外形 | D10 | 6500 | 1000 | 0 | |
| 3 | 粗銑蘋果標志、相機孔和精加工相機孔 | D6 | 5000/7500 | 2000/1000 | 0.1/0 | 上粗 下精 |
| 4 | 粗精加工工件裝夾孔 | D3 | 6000/7500 | 1500/800 | 0.1/0 | 上粗 下精 |
| 5 | 精加工蘋果標志和粗精加工閃光燈孔 | D1.5 | 6000/7500 | 1500/800 | 0.1/0 | 上粗 下精 |
| 6 | 精加工蘋果標志小桿 | D1 | 7500 | 800 | 0 | |
| 7 | 半精加工外殼圓弧 | R3 | 6000 | 2500 | 0.1 | |
| 8 | 精加工外殼圓弧 | R3 | 7500 | 800 | 0 | |
| 9 | 精銑充電孔音量調(diào)節(jié)孔 靜音孔電源孔卡槽孔 | D1.5 | 7000 | 1500 | 0 | |
| 10 | 音量孔打點 | ZXZ0.5 | 6000 | 100 | -0.8 | 用尖刀 |
| 11 | 音量孔鉆孔 | ZT1.5 | 1500 | 100 | -5 | |
| 12 | 半精加工內(nèi)倒扣 | R1 | 5000 | 2000 | 0.08 | |
| 13 | 精加工內(nèi)倒扣 | R1 | 7500 | 1000 | 0 | |
| 14 | 手機外殼上邊框倒角 | JD6 | 6000 | 800 | -0.2 | |
表2 夾具加工刀具及切削參數(shù)表
| 序號 | 工序 | 刀具 | 主軸轉(zhuǎn)速 | 切削進給率 | 余量 | 備注 |
| 1 | 粗銑輪廓 | D10 | 5000 | 2500 | 0.1 | |
| 2 | 精加工面 | D10 | 6500 | 1000 | 0 | |
| 3 | 精銑輪廓 | D10 | 6500 | 1000 | 配合 | （與iPhone外形配合） |
| 4 | 粗加工裝夾孔 | D6 | 6000 | 2000 | 0.1 | |
| 5 | 精加工裝夾孔 | D6 | 7500 | 800 | 0 | （與工件裝夾孔配合） |
| 6 | 夾具孔打點 | ZXZ3.3 | 1500 | 200 | -1 | |
| 7 | 夾具孔打孔 | ZT6.2 | 1000 | 100 | -15 | |
表3 背面加工刀具及切削參數(shù)表
| 序號 | 工序 | 刀具 | 主軸轉(zhuǎn)速 | 切削進給率 | 余量 | 備注 |
| 1 | 背面開粗 | D10 | 5000 | 3000 | 0.2 | |
| 2 | 背面精加工 | D10 | 6500 | 1000 | 0 | |
| 5 | 背面刻字 | R1 | 7500 | 800 | -0.08 | |
| 4 | 背面刻紋 | R1 | 7500 | 800 | -0.08 | |
3 數(shù)控加工刀路制定與后置處理
本文數(shù)控加工工藝的刀路制定是基于NX10.0軟件，該軟件在實踐加工中應用非常廣泛。本文的多軸加工編程刀路采用了其中比較常用的基本加工策略和多軸加工策略[3,4]。
本文數(shù)控加工工藝的刀路制定是基于NX10.0軟件，該軟件在實踐加工中應用非常廣泛。本文的多軸加工編程刀路采用了其中比較常用的基本加工策略和多軸加工策略[3,4]。
3.1 數(shù)控加工工藝的制定
3.1.1 iPhone手機殼正面加工
由于所用機床的工作臺尺寸比較小，為了便于裝夾，制作如圖2所示的夾具（此夾具為隨機床贈送）。裝夾時，首先將毛坯料加工成如圖3所示的形狀，并且在毛坯端面上加工4個螺紋孔，用螺釘固定到夾具體上，現(xiàn)場裝夾效果如圖4所示。
3.1.1 iPhone手機殼正面加工
由于所用機床的工作臺尺寸比較小，為了便于裝夾，制作如圖2所示的夾具（此夾具為隨機床贈送）。裝夾時，首先將毛坯料加工成如圖3所示的形狀，并且在毛坯端面上加工4個螺紋孔，用螺釘固定到夾具體上，現(xiàn)場裝夾效果如圖4所示。
正面的具體加工步驟如下：
1）整體銑外形，采用“平面銑，型腔銑”去除余料，留余量進行后續(xù)半精加工，外形留余量為0.3，后續(xù)用R3球刀進行半精加工與精加工，內(nèi)壁留留余量0.2，進行精加工，生成的刀路如圖5所示。
2）精加工外形，采用“面銑和平面銑”進行精加工，生成的刀路如圖6所示。
1）整體銑外形，采用“平面銑，型腔銑”去除余料，留余量進行后續(xù)半精加工，外形留余量為0.3，后續(xù)用R3球刀進行半精加工與精加工，內(nèi)壁留留余量0.2，進行精加工，生成的刀路如圖5所示。
2）精加工外形，采用“面銑和平面銑”進行精加工，生成的刀路如圖6所示。
3）粗銑蘋果標志、相機孔和精加工相機孔，采用“平面銑”，留0.1余量進行后續(xù)精加工，生成的刀路如圖7所示。
4）粗精加工工件裝夾孔，采用“平面銑”進行加工，粗加工留0.1余量后進行精加工，生成的刀路如圖8所示。
5）精加工蘋果標志和粗精加工閃光燈孔，采用“平面銑”進行加工，生成的刀路如圖9所示。
6）精加工蘋果標志小桿，采用“平面銑”進行加工，生成的刀路如圖10所示。
7）半精加工外殼圓弧，采用“可變輪廓銑”進行加工，留0.1余量進行后續(xù)精加工，生成的刀路如圖11所示。
8）精加工外殼圓弧，采用“可變輪廓銑”進行加工，生成的刀路如圖12所示。
9）精銑充電孔音量調(diào)節(jié)孔靜音孔電源孔卡槽孔，采用“平面銑”進行加工，生成的刀路如圖13所示。
10）音量孔打點，采用“鉆孔”進行加工，生成的刀路如圖14所示。
11）音量孔鉆孔，采用“鉆孔”進行加工，生成的刀路如圖15所示。
11）音量孔鉆孔，采用“鉆孔”進行加工，生成的刀路如圖15所示。
12）半精加工內(nèi)倒扣，采用“固定輪廓銑”進行加工，留0.08余量進行后續(xù)精加工，生成的刀路如圖16所示。
13）精加工內(nèi)倒扣，采用“固定輪廓銑”進行加工，生成的刀路如圖17所示。
14）手機外殼上邊框倒角，采用“平面銑”進行加工，生成的刀路如圖18所示。
3.1.2 iPhone手機殼夾具加工
由于手機殼屬于薄壁零件，正面加工完成后，反面難于裝夾，所以需要進行夾具設計，根據(jù)iPhone手機殼的正面結(jié)構(gòu)及尺寸，設計夾具如圖19所示。此夾具加工完成后，可將iPhone手機殼正面直接安裝在夾具上（如圖20所示），用螺釘鎖緊后，不需進行二次分中，可直
接對手機殼背面進行加工，裝夾效果如圖21所示。
由于手機殼屬于薄壁零件，正面加工完成后，反面難于裝夾，所以需要進行夾具設計，根據(jù)iPhone手機殼的正面結(jié)構(gòu)及尺寸，設計夾具如圖19所示。此夾具加工完成后，可將iPhone手機殼正面直接安裝在夾具上（如圖20所示），用螺釘鎖緊后，不需進行二次分中，可直
接對手機殼背面進行加工，裝夾效果如圖21所示。
反面夾具的具體加工步驟如下
1）粗銑輪廓，采用“平面銑”進行加工，留0.1余量進行后續(xù)精加工，生成的刀路如圖22所示。
1）粗銑輪廓，采用“平面銑”進行加工，留0.1余量進行后續(xù)精加工，生成的刀路如圖22所示。
2）精加工面，采用“面銑”進行加工，生成的刀路如圖23所示。
3）精銑輪廓，采用“平面銑”進行加工，生成的刀路如圖24所示。
4）粗加工裝夾孔，采用“平面銑”進行加工，留0.1余量進行后續(xù)精加工，生成的刀路如圖25所示。
5）精加工裝夾孔，采用“平面銑”進行加工，生成的刀路如圖26所示。
6）孔打點，采用“鉆孔”進行加工，生成的刀路如圖27所示。
7）夾具孔打孔，采用“鉆孔”進行加工，生成的刀路如圖28所示。
3.1.3 iPhone手機殼背面加工
1）背面開粗，采用“面銑”進行加工，留0.2余量進行后續(xù)精加工，生成的刀路如圖29所示。
1）背面開粗，采用“面銑”進行加工，留0.2余量進行后續(xù)精加工，生成的刀路如圖29所示。
2）背面精加工，采用“面銑”進行加工，生成的刀路如圖30所示。
3）背面刻字，采用“固定輪廓銑”進行加工，生成的刀路如圖31所示。
4）背面刻紋，采用“固定輪廓銑”進行加工，生成的刀路如圖32所示。
3.2 后置處理
為了保證加工的安全，編程后還需進行仿真加工和后置處理[5]。由于選用的五軸數(shù)控機床（錸鈉克系統(tǒng)）編程相比三軸數(shù)控機床多了一個B軸和一個C軸，所以本文所有程序的后處理采用錸鈉BC軸進行處理。為保證加工安全，采用VERICUT 8.0對所有程序進行了仿真處理。經(jīng)過仿真軟件仿真后，本文制定的加工工藝和刀路切實可行，可以進行實際加工。
為了保證加工的安全，編程后還需進行仿真加工和后置處理[5]。由于選用的五軸數(shù)控機床（錸鈉克系統(tǒng)）編程相比三軸數(shù)控機床多了一個B軸和一個C軸，所以本文所有程序的后處理采用錸鈉BC軸進行處理。為保證加工安全，采用VERICUT 8.0對所有程序進行了仿真處理。經(jīng)過仿真軟件仿真后，本文制定的加工工藝和刀路切實可行，可以進行實際加工。
4 加工效果
按上述工藝參數(shù)設置，經(jīng)試切、干涉檢查確認無誤后進入實體的加工階段，加工完成的iPhone手機殼如圖33所示，其精度都達到了使用要求。
按上述工藝參數(shù)設置，經(jīng)試切、干涉檢查確認無誤后進入實體的加工階段，加工完成的iPhone手機殼如圖33所示，其精度都達到了使用要求。
5 結(jié)束語
通過對iPhone手機殼的結(jié)構(gòu)進行分析，對其數(shù)控編程和加工工藝進行了規(guī)劃，確定了裝夾方案及加工刀具和加工參數(shù)并制定了具體的加工刀路。順利完成了iPhone手機殼的加工任務，取得了良好的加工效果。
通過對iPhone手機殼的結(jié)構(gòu)進行分析，對其數(shù)控編程和加工工藝進行了規(guī)劃，確定了裝夾方案及加工刀具和加工參數(shù)并制定了具體的加工刀路。順利完成了iPhone手機殼的加工任務，取得了良好的加工效果。
參考文獻：
[1] 張倫玠,黃柳紅,王寅飛.3C產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品數(shù)控加工調(diào)研報告[J].制造技術與機床,2016(09),29-33.
[2] 張喜江.多軸數(shù)控加工中心編程與加工技術[M].北京:化學工業(yè)出版社,2014.
[3] 寇文化.數(shù)控銑多軸加工工藝與編程[M].北京:化學工業(yè)出版社,2015.
[4] 高長銀.UG NX 8.5多軸數(shù)控加工典型實例詳解[M].第2版.北京:機械工業(yè)出版社,2014.
[5] 呂輝.多軸加工編程實例教程[M].西安:西北工業(yè)大學出版社,2016.
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[5] 呂輝.多軸加工編程實例教程[M].西安:西北工業(yè)大學出版社,2016.
作者簡介：劉俊英（1978 -），女，遼寧人，副教授，碩士，主要研究方向為機電產(chǎn)品設計與制造。
