手機外殼的Pro／E模具設計與Master CAM數控加工

摘要：利用Pro/E Wildfire4.0進(jìn)行模具設計，結合Master CAM 5X進(jìn)行數控加工，選擇手機外殼零件，綜合應用野火版Pro/E和Master CAM軟件完成模具設計與制造過(guò)程采用CAD/CAM技術(shù)完成手機外殼的模具設計及型芯模具零件的仿真模擬加工，大大縮短了模具設計與制造的生產(chǎn)周期。

隨著(zhù)計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，模具CAD/CAM技術(shù)在模具設計與制造中扮演越來(lái)越重要的角色。模具CAD/CAM是一項高技術(shù)、高效益的系統工種。它以計算機軟件的形式，為用戶(hù)提供一種有效的輔助工具，使工種技術(shù)人員能借助于計算機對產(chǎn)品、模具結構、數控加工及成本等進(jìn)行設計和優(yōu)化。Pro/Engineer(簡(jiǎn)稱(chēng)Pro/E)是一種全方位的3D產(chǎn)品參數化設計軟件，特別適合于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、模具設計方面的設計工作。Master CAM在數控加工中可以直接加工曲面及實(shí)體，具有強勁的曲面粗加工及靈活的曲面精加工功能，主要應用于機械、電子、汽車(chē)和航空等行業(yè)的模具制造。因此利用Pro/E設計模具零件，再用Master CAM模擬加工模具零件，給出加工程序，是目前模具行業(yè)中普遍采用的CAD/CAM輔助工作模式。

文章以手機外殼零件為例，采用Pro/E Wildfire4.0進(jìn)行模具設計，Master CAM 5X進(jìn)行數控加工，完成了手機外殼零件的模具設計與制造過(guò)程，整個(gè)流程如圖1所示。Pro/E創(chuàng )建模具分型面，快速生成模具成型零件，然后將圖形數據轉換到Master CAM軟件中，制定合適的數控加工工藝，確定具體的加工方式及加工參數，進(jìn)行模擬加工，再將生成的加工程序輸送到數控加工中心或數控銑床的控制系統進(jìn)行自動(dòng)加工。

1 設計前準備

模具CAD/CAM設計與加工任務(wù)包括Pro/E系統中三維造型過(guò)程、模具設計過(guò)程以及Master CAM系統中模具工作零件數控加工過(guò)程，因此在設計與加工前首先在計算機中建立一個(gè)專(zhuān)用文件夾。為了把零件三維造型文件、零件的模具設計文件、轉換的數據文件及Master CAM的加工文件都存在專(zhuān)用文件夾中，可將該文件夾設置為當前工作目錄。

啟動(dòng)Pro/E，執行菜單欄中【文件】/【設置工作目錄】，系統彈出【選取工作目錄】對話(huà)框，選擇建立的專(zhuān)用文件夾，單擊確定按鈕。

2 基于Pro/E的零件建模

利用Pro/Engineer 系統下的零件模塊對手機外殼進(jìn)行三維造型，通過(guò)拉伸、抽殼、拉伸剪切、陣列、倒圓角等命令建立實(shí)體模型如圖2所示。

3 基于Pro/E的模具設計

手機外殼三維造型完成后，利用Pro/Engineer系統下的制造模塊進(jìn)行模具設計，具體步驟如下：

1)啟動(dòng)模具設計模塊，選擇【菜單管理器】中的【模具模型】/【裝配】/【參照模型】，調入手機外殼模具的參照模型，在裝配操作欄中選擇【缺省】選項，完成參照模型的裝配。

2)設置收縮率。選擇【菜單管理器】中的【收縮】/【按尺寸】，輸入收縮比率為“0.005”，按回車(chē)鍵確認。收縮率的設定與手機外殼零件的材料有關(guān)。

3)創(chuàng )建模具毛坯，選擇【菜單管理器】中的【模具模型】/【創(chuàng )建】/【工件】/【手動(dòng)】，手動(dòng)創(chuàng )建毛坯工件。在【創(chuàng )建選項】對話(huà)框中選擇【創(chuàng )建特征】，選擇【菜單管理器】中的【加材料】/【拉伸】/【實(shí)體】/【完成】命令，通過(guò)拉伸特征創(chuàng )建如圖3所示的模具毛坯工件。

4)設計分型面。選擇菜單欄中的【插入】/【模具幾何】/【分型曲面】，運用復制、粘帖、延伸分型面方法創(chuàng )建分型面，在復制分型面時(shí)選中“排除曲面并填充孔”。

5)創(chuàng )建模具體積塊。單擊分割體積塊按鈕，在【分割體積塊】菜單中選擇/【兩個(gè)體積塊】/【所有工件】/【完成】命令，運用上面創(chuàng )建的分型面作為分割工具完成模具體積塊創(chuàng )建。系統高亮顯示毛坯工件的上半部分，彈出屬性對話(huà)框，接受默認名稱(chēng)mold_vol_1，單擊【著(zhù)色】，單擊【確定】。系統高亮顯示毛坯工件的下半部分，彈出屬性對話(huà)框，接受默認名稱(chēng)mold_vol_2，單擊【著(zhù)色】，單擊【確定】。

6)抽取模具元件

單擊型腔插入按鈕，系統彈出“創(chuàng )建模具元件”對話(huà)框.單擊【全選】，選取全部體積塊，單擊【確定】，單擊【完成返回】。手機外殼的模具零件創(chuàng )建完成，型腔零件如圖4所示，型芯零件如圖5所示。

7)充模仿真和模擬開(kāi)模

單擊菜單管理器中的【鑄?！?【創(chuàng )建】，在打開(kāi)的文本框中輸入鑄模零件的名稱(chēng)，單擊確定。Pro/E在完成鑄模零件后，可進(jìn)行裝配干涉檢查，如果檢測到有干涉，會(huì )以黃色曲線(xiàn)標示：如果干涉嚴重，必須重新定義模具元件。

完成零件的干涉檢查后，Pro/E系統能模擬開(kāi)模過(guò)程，使用戶(hù)可以清楚地觀(guān)看到手機外殼零件的模具型腔、型芯結構，以便檢查設計的適用性。

單擊菜單管理器中的【模具進(jìn)料口】/【定義間距】/【定義移動(dòng)】輸入移動(dòng)距離，完成移動(dòng)。模具開(kāi)模如圖6所示。

4 在Master CAM中建立模具的加工模型

通過(guò)導入Pro/E系統中的被加工模具零件的數據，在Master CAM中建立手機外殼模具零件的加工模型。

IGES圖形交換文件格式是Pro/E和Master CAM都支持的文件格式，IGES文件在這兩種設計軟件中均具有操作性。因此手機外殼的模具設計完成后，在Pro/E系統中將型腔、型芯零件轉換為IGES格式，然后轉入Master CAM系統進(jìn)行加工。

4.1 Pro/E系統轉出IGES數據文件

在Pro/E系統的軟件界面的模型樹(shù)列表中mold_vol_1.PRT手機外殼型腔零件上單擊右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇【打開(kāi)】，然后選擇【文件】/【保存副本】對話(huà)框。在【類(lèi)型】選擇“IGES(*.igs)”格式，在彈出的【導出IGES】選擇曲面，單擊【確定】，將型腔零件輸出為IGES曲面格式文件。

型芯零件采取同樣方法轉換成IGES格式文件，以便Master CAM軟件調用。

4.2 Master CAM系統轉入IGES文件

打開(kāi)MasterCAM，在菜單欄中點(diǎn)擊【文件】/【打開(kāi)文件】，文件類(lèi)型選擇IGES，選擇所存型腔文件名，完成IGES格式文件的轉入。

單擊【等角視圖】，單擊【側視構圖面】，單擊【全屏顯示】?；刂鞑藛?，選擇【轉換】/【旋轉】，選擇所有曲面，在彈出的旋轉參數設置對話(huà)框，輸入旋轉角度“90”，對導入的模型進(jìn)行坐標調整處理。

型芯零件采取同樣方法在Master CAM系統中轉入IGES數據文件，并進(jìn)行坐標調整。

5 手機外殼模具型芯零件數控加工模擬

Master CAM中銑削是用來(lái)生成銑削加工刀具路徑，可以進(jìn)行外形銑削、型腔加工、平面加工等模擬，允許用刀路模擬實(shí)體仿真來(lái)圖形化地編輯和修改刀具路徑。刀具路徑生成后，經(jīng)過(guò)仿真加工并確定無(wú)差錯后就可以進(jìn)行后處理，通過(guò)后處理將刀具路徑文件轉換成數控NC程序，傳送至數控機床進(jìn)行加工。

Master CAM曲面銑削加工提供了多種曲面粗、精加工方法。手機外殼型腔的加工過(guò)程與型芯加工過(guò)程類(lèi)似，以手機外殼型芯加工為例說(shuō)明Master CAM數控模擬加工的具體過(guò)程。

5.1 確定加工坯料和對刀點(diǎn)

選擇【機床類(lèi)型】/【銑削】/【默認】，選擇默認銑床。在刀具路徑管理器對話(huà)框中進(jìn)行工件設置，單擊“邊界盒”按鈕，彈出【邊界盒選項】對話(huà)框，選擇工件形狀為立方體，完成坯料的設置。

5.2 刀具路徑的設置過(guò)程

根據手機外殼模具型芯零件的外形特點(diǎn)，應采用挖槽粗加工、平行精加工和淺平面精加工相結合的方式來(lái)編制程序?？紤]手機外殼型芯零件上的按鍵小凸臺，最后采用交線(xiàn)清角精加工來(lái)完成模擬加工過(guò)程。

1)曲面挖糟粗加工

選擇【刀具路徑】/【曲面粗加工】/【粗加工挖槽加工】，針對加工零件的特點(diǎn)，選用圓鼻刀進(jìn)行粗加工，通過(guò)設置曲面參數、粗加工參數、切削深度、挖槽參數等切除坯料上大部分的工件材料，加工余量為0.5 mm。

2)半精加工

粗加工刀具間距和切削深度較大，余料很多，為了去除過(guò)多的余料，使精加工余量均勻，選擇【刀具路徑】/【曲面精加工】/【精加工平行銑削】進(jìn)行半精加工。手機外殼型芯零件上許多小凸臺，為了保證模具表面加工質(zhì)量，選取球刀進(jìn)行平行精加工，通過(guò)設置刀具路徑的曲面參數、精加工平行銑削參數完成半精加工過(guò)程，留下0.2 mm左右的余量。選擇球刀加工一方面可以承受粗加工所留余料而不會(huì )斷刀，同時(shí)不能留下過(guò)多的余料而給后續精加工造成困難。

3)淺平面精加工

為了提高手機外殼型芯零件頂部平坦區域曲面的加工質(zhì)量，達到零件的加工精度和表面粗糙度值要求，選擇【刀具路徑】/【曲面精加工】/【精加工淺平面加工】進(jìn)行精加工。在【精加工淺平面加工】對話(huà)框中選擇球刀作為刀具參數，設置合適的淺平面精加工參數完成精加工，使型芯零件頂部平坦區域的殘料不留有余料，加工余量為0。

4)交線(xiàn)清角曲面精加工

選擇【刀具路徑】/【曲面精加工】/【交線(xiàn)清角加工】進(jìn)行清角加工。手機外殼型芯零件上按鍵的區域由于精加工刀具進(jìn)不去而留下余料，因此選擇平刀加工，設置合適的交線(xiàn)清角精加工參數完成去除按鍵區域的余料。

5.3 模擬仿真加工

刀具路徑生成后，可以對生成的加工路徑進(jìn)行實(shí)體模擬，檢查生成的加工路徑是否合理、加工表面是否光滑、是否有過(guò)切現象。

在操作管理器中單擊【選擇所有操作】/【實(shí)體模擬】，在彈出的“實(shí)體切削驗證”對話(huà)框中，選擇模擬方式為“最終結果”，單擊“播放”按鈕，實(shí)體加工模擬結果如圖7所示。如果出現加工路徑不合理、加工表面不光滑、過(guò)切等情況，需重新編輯加工軌跡，直到滿(mǎn)意為止。

5.4 生成數控加工代碼

刀具路徑檢驗無(wú)誤后，利用Mastcr CAM后處理模塊，自動(dòng)生成加工手機外殼型芯零件所需要的數控程序。

6 結束語(yǔ)

在現代集成制造系統中，CAD/CAM軟件技術(shù)是核心，而Pro/E和Master CAM無(wú)疑是CAD/CAM軟件王國中的奇葩，這兩款軟件在先進(jìn)制造企業(yè)中有著(zhù)舉足輕重的地位。Pro/E和Master CAM相結合的模具設計與加工模式可以縮短模具研發(fā)時(shí)間，大大提高了模具的加工精度和生產(chǎn)效率，對提高市場(chǎng)響應速度，增強企業(yè)競爭力有非常重要的意義。