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1、 机械制造方向综合实验手机外壳模具建模与加工实验指导书一、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CAD/CAM技术应用、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Pro/E为代表的三维CAD系统的特征建模理论方法以及数控编程方法和CAD/CAM一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。1、 手机外壳模具设计该实验通过对手机外壳模具设计建模方法的学习和实践
2、，使学生可以了解CAD技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CAD系统-ProEWildFire完成产品及其模具设计的基本步骤和方法。2、 手机外壳模具数控加工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CAM系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CAD/CAM技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ProEWildFire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。 图1： 手机外壳2、手机外壳模具设计建模基于
3、所设计建立的手机外壳模型，用ProEWildFire完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CAD知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ProEWildFire完成手机外壳及其模具的设计和建模。三、 实验方法和步骤31 手机外壳建模311 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
4、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 312 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
5、。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
6、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
7、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32 手机外壳模具设计建模321 ProE模具设计的基本概念1）参照模型或参照零
8、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。322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。
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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“”矩形绘图工具绘制如图15所示的一个可完全包容工件横截面的矩形平面。图15 绘制平整平面绘制完毕，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
14、，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
15、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
