手機外殼的Pro／E模具設(shè)計與Master CAM數(shù)控加工

摘要：利用Pro/E Wildfire4.0進行模具設(shè)計，結(jié)合Master CAM 5X進行數(shù)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(shè)計與制造過程采用CAD/CAM技術(shù)完成手機外殼的模具設(shè)計及型芯模具零件的仿真模擬加工，大大縮短了模具設(shè)計與制造的生產(chǎn)周期。

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，模具CAD/CAM技術(shù)在模具設(shè)計與制造中扮演越來越重要的角色。模具CAD/CAM是一項高技術(shù)、高效益的系統(tǒng)工種。它以計算機軟件的形式，為用戶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(jié)構(gòu)、數(shù)控加工及成本等進行設(shè)計和優(yōu)化。Pro/Engineer(簡稱Pro/E)是一種全方位的3D產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計軟件，特別適合于新產(chǎn)品開發(fā)、模具設(shè)計方面的設(shè)計工作。Master CAM在數(shù)控加工中可以直接加工曲面及實體，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、汽車和航空等行業(yè)的模具制造。因此利用Pro/E設(shè)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進行模具設(shè)計，Master CAM 5X進行數(shù)控加工，完成了手機外殼零件的模具設(shè)計與制造過程，整個流程如圖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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到Master CAM軟件中，制定合適的數(shù)控加工工藝，確定具體的加工方式及加工參數(shù)，進行模擬加工，再將生成的加工程序輸送到數(shù)控加工中心或數(shù)控銑床的控制系統(tǒng)進行自動加工。

1 設(shè)計前準備

模具CAD/CAM設(shè)計與加工任務包括Pro/E系統(tǒng)中三維造型過程、模具設(shè)計過程以及Master CAM系統(tǒng)中模具工作零件數(shù)控加工過程，因此在設(shè)計與加工前首先在計算機中建立一個專用文件夾。為了把零件三維造型文件、零件的模具設(shè)計文件、轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)文件及Master CAM的加工文件都存在專用文件夾中，可將該文件夾設(shè)置為當前工作目錄。

啟動Pro/E，執(zhí)行菜單欄中【文件】/【設(shè)置工作目錄】，系統(tǒng)彈出【選取工作目錄】對話框，選擇建立的專用文件夾，單擊確定按鈕。

2 基于Pro/E的零件建模

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

3 基于Pro/E的模具設(shè)計

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

1)啟動模具設(shè)計模塊，選擇【菜單管理器】中的【模具模型】/【裝配】/【參照模型】，調(diào)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(shè)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”，按回車鍵確認。收縮率的設(shè)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】，手動創(chuàng)建毛坯工件。在【創(chuàng)建選項】對話框中選擇【創(chuàng)建特征】，選擇【菜單管理器】中的【加材料】/【拉伸】/【實體】/【完成】命令，通過拉伸特征創(chuàng)建如圖3所示的模具毛坯工件。

4)設(shè)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(tǒng)高亮顯示毛坯工件的上半部分，彈出屬性對話框，接受默認名稱mold_vol_1，單擊【著色】，單擊【確定】。系統(tǒng)高亮顯示毛坯工件的下半部分，彈出屬性對話框，接受默認名稱mold_vol_2，單擊【著色】，單擊【確定】。

6)抽取模具元件

單擊型腔插入按鈕，系統(tǒng)彈出“創(chuàng)建模具元件”對話框.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)充模仿真和模擬開模

單擊菜單管理器中的【鑄?！?【創(chuàng)建】，在打開的文本框中輸入鑄模零件的名稱，單擊確定。Pro/E在完成鑄模零件后，可進行裝配干涉檢查，如果檢測到有干涉，會以黃色曲線標示：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(tǒng)能模擬開模過程，使用戶可以清楚地觀看到手機外殼零件的模具型腔、型芯結(jié)構(gòu)，以便檢查設(shè)計的適用性。

單擊菜單管理器中的【模具進料口】/【定義間距】/【定義移動】輸入移動距離，完成移動。模具開模如圖6所示。

4 在Master CAM中建立模具的加工模型

通過導入Pro/E系統(tǒng)中的被加工模具零件的數(shù)據(jù)，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(shè)計軟件中均具有操作性。因此手機外殼的模具設(shè)計完成后，在Pro/E系統(tǒng)中將型腔、型芯零件轉(zhuǎn)換為IGES格式，然后轉(zhuǎn)入Master CAM系統(tǒng)進行加工。

4.1 Pro/E系統(tǒng)轉(zhuǎn)出IGES數(shù)據(jù)文件

在Pro/E系統(tǒng)的軟件界面的模型樹列表中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】，然后選擇【文件】/【保存副本】對話框。在【類型】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(zhuǎn)換成IGES格式文件，以便Master CAM軟件調(diào)用。

4.2 Master CAM系統(tǒng)轉(zhuǎn)入IGES文件

打開MasterCAM，在菜單欄中點擊【文件】/【打開文件】，文件類型選擇IGES，選擇所存型腔文件名，完成IGES格式文件的轉(zhuǎn)入。

單擊【等角視圖】，單擊【側(cè)視構(gòu)圖面】，單擊【全屏顯示】?；刂鞑藛?，選擇【轉(zhuǎn)換】/【旋轉(zhuǎn)】，選擇所有曲面，在彈出的旋轉(zhuǎn)參數(shù)設(shè)置對話框，輸入旋轉(zhuǎn)角度“90”，對導入的模型進行坐標調(diào)整處理。

型芯零件采取同樣方法在Master CAM系統(tǒng)中轉(zhuǎn)入IGES數(shù)據(jù)文件，并進行坐標調(diào)整。

5 手機外殼模具型芯零件數(shù)控加工模擬

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

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程與型芯加工過程類似，以手機外殼型芯加工為例說明Master CAM數(shù)控模擬加工的具體過程。

5.1 確定加工坯料和對刀點

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

5.2 刀具路徑的設(shè)置過程

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

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，選用圓鼻刀進行粗加工，通過設(shè)置曲面參數(shù)、粗加工參數(shù)、切削深度、挖槽參數(shù)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，選取球刀進行平行精加工，通過設(shè)置刀具路徑的曲面參數(shù)、精加工平行銑削參數(shù)完成半精加工過程，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斷刀，同時不能留下過多的余料而給后續(xù)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(qū)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】進行精加工。在【精加工淺平面加工】對話框中選擇球刀作為刀具參數(shù)，設(shè)置合適的淺平面精加工參數(shù)完成精加工，使型芯零件頂部平坦區(qū)域的殘料不留有余料，加工余量為0。

4)交線清角曲面精加工

選擇【刀具路徑】/【曲面精加工】/【交線清角加工】進行清角加工。手機外殼型芯零件上按鍵的區(qū)域由于精加工刀具進不去而留下余料，因此選擇平刀加工，設(shè)置合適的交線清角精加工參數(shù)完成去除按鍵區(qū)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行實體模擬，檢查生成的加工路徑是否合理、加工表面是否光滑、是否有過切現(xiàn)象。

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

5.4 生成數(shù)控加工代碼

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

6 結(jié)束語

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