曲面CD纹理的加工方法与流程

本发明属于机械加工技术领域，更具体地说，是涉及一种用车铣复合加工机在手机外壳加工曲面cd纹理的加工方法。

背景技术

以智能终端为代表的电子产品，在发展初期主要聚焦于性能部件的创新升级，将产品性能的提升作为主流发展趋势。但在近几年中，智能终端的外观创新再次被人们所重视，产品金属化、轻薄化的流行趋势日益显现。金属机壳作为外观创新的重要发展方向，在机壳厚度、散热性能和可回收性等多方面相对塑料外壳具有明显的优势，已逐渐被各家企业大规模应用。业内人士认为，目前的消费者已普遍认同手机的金属外观属于“高端时尚元素”。因此，金属外壳将成为未来几年手机行业的必争之地。

作为智能手机潮流的引领者，苹果公司手机的外壳从第一代塑料外壳过渡到目前的金属外壳。在产品性能趋同的形势下，其产品在外观创新中给消费者带来了更好的使用体验。自2014年以来，华为、小米、oppo、vivo和魅族等国产手机品牌纷纷引入了金属外壳设计，国产手机金属外壳渗透率出现快速增长。

手机采用金属外壳的同时，在表面处理及外观上也一直在不断创新，越来越多的表面处理技术应用在手机金属外壳上，手机的整体外观也越来越多样及美观。cd纹就是一种重要的表面处理形式。

cd纹是应用精密的cd纹机在金属表面去除材料而得到的一种类似于cd光盘纹路的效果，纹路间距是根据产品的外观尺寸效果而定。什么是cd纹，目前业界还没有一个明确的定义，在业界大家公认cd纹是金属表面的一种较高档的表面处理工艺。

现有cd纹理生成方法大多以化学方法进行，分为纹理模具生产-微纳米压印技术流程-眩光膜生产流程-复合材料生产流程等四个工艺流程。在拿到厂商设计要求后，需要经过打样，如果在纹理图库有现成板的情况下，1-3天可做出单片样品；如果是定制化的方案，1-3天可以做出梯度的小样，还要根据设计师要求再进行更改；快速打样效果确定以后，做成量产的模具，大概是5-7天的时间；再根据客户的图纸做成母模，再做成子模；模具完成以后uv压印膜片(uv是紫外线的英文ultra-violetray的缩写，uv印刷是通过紫外光干燥、固化油墨的一种印刷工艺，有片材压印和卷材压印两种方式)；完成之后，膜片再经镀膜印刷出货。产品开发周期长，且化学方法制成品合格率低，产品质量差。

少数企业采用加工方法进行cd纹理加工，主要是采用车铣复合加工机，利用普通刀具，进行车削加工。但现有加工方法中只能加工平面cd纹理，其纹路为同心状，无法进行曲面cd纹理加工。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种曲面cd纹理的加工方法，以解决现有技术中车铣复合加工机只能加工平面cd纹而无法加工曲面cd纹的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种曲面cd纹理的加工方法，用车铣复合加工机加工金属手机外壳，包括以下步骤：

用平底刀对装夹的手机外壳毛坯进行切削加工，加工出预设的手机外壳的外形；

用车刀加工出所述手机外壳的立体外形；

用平底刀在所述手机外壳上加工定位销孔；

用倒角刀对所述手机外壳四周轮廓倒角；

用车刀对所述手机外壳背面进行曲面加工；

用球刀对所述手机外壳相对的两短边接刀；

用球刀对所述手机外壳相对的两长边接刀；

用cd纹车刀对所述手机外壳进行曲面cd纹加工；

用成型刀对所述手机外壳进行外形加工。

进一步地，所述车铣复合加工机包括底座、布设于所述底座上的两条x轴线性滑轨、与所述x轴线性滑轨滑动配合的x轴工作台和设于所述x轴工作台上的旋转平台，所述底座上安装有门桥，所述门桥的横梁与所述旋转平台相邻的侧面水平布设两条y轴线性滑轨，所述y轴线性滑轨上滑动配合y轴滑座，所述y轴滑座上设有竖向滑轨，用于主轴相连的z轴主轴箱与所述z轴滑轨滑动配合，所述门桥的一侧设有刀库，所述平底刀、所述车刀、所述倒角刀、所述球刀、所述cd纹车刀和所述成型刀存放于所述刀库内，用于控制各部件工作的控制系统分别与用于驱动x轴工作台工作的直线电机、用于驱动所述旋转平台工作的直线电机、用于驱动所述y轴滑座工作的直线电机、用于驱动所述z轴主轴箱工作的直线电机及所述刀库电连接，所述x轴工作台、所述y轴滑座和所述z轴主轴箱分别设置有用于计量滑动距离的计量装置。

进一步地，所述计量装置为光栅尺，所述光栅尺包括标尺光栅和光栅读数头，所述标尺光栅设置于所述y轴线性滑轨上，所述光栅读数头设于所述y轴滑座上。

进一步地，所述旋转平台上设有用于夹持预加工的所述手机外壳的夹具。

进一步地，所述夹具设有多个安装工位。

进一步地，所述主轴为气浮主轴。

进一步地，所述cd纹车刀包括铣床刀柄主体、车刀刀杆、车刀定位安装座和车刀刀片，所述铣床刀柄主体的上端与所述车铣复合加工机的主轴相连所述铣床刀柄主体的下端穿过与所述车铣复合加工机相连的所述车刀定位安装座，所述车刀刀杆固定连接于所述铣床刀柄主体的下端，所述车刀刀片固定连接于所述车刀刀杆的下端。

进一步地，当加工的所述手机外壳为塑性材料，用cd纹车刀对所述手机外壳进行曲面cd纹加工时，所述cd纹车刀的前角为0°、后角为5°～10°、刀尖圆弧半径为0.5～5mm。

进一步地，当加工的所述手机外壳为疏性材料，用cd纹车刀对所述手机外壳进行曲面cd纹加工时，所述cd纹车刀的前角为-15°～-45°、后角为5°～10°、刀尖圆弧半径为0.5～5mm。

进一步地，用cd纹车刀对所述手机外壳进行曲面cd纹加工时，所述cd纹车刀刀片角度为120°～150°。

本发明提供的曲面cd纹理的加工方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明曲面cd纹理的加工方法,用车铣复合加工机，通过不同刀具的更换，只需将工件的毛坯一次装夹，即可直接在毛坯工件上加工出cd纹及拐角镜面效果，且加工时间短、加工成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的车铣复合加工机的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的车铣复合加工机局部直线电机布局的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的cd纹车刀的结构示意图；

图4为本发明实施例同时装夹四件手机外壳进行曲面cd纹加工的示意图；

图5为本发明实施例同时装夹六件工件进行曲面cd纹加工的示意图；

图6为本发明实施例加工的半球型纹理结构示意图；

图7为本发明实施例加工的半球型纹理结构在显微镜观察下的槽型示意图；

图8为本发明实施例加工的锯齿型纹理结构示意图；

图9为本发明实施例加工的锯齿型纹理结构在显微镜观察下的槽型示意图；

图10为本发明实施例加工的梯型纹理结构示意图；

图11为本发明实施例加工的梯型纹理结构在显微镜观察下的槽型示意图；

图12为本发明实施例加工的三角型纹理结构示意图

图13为本发明实施例加工的三角型纹理结构在显微镜观察下的槽型示意图；

图14为本发明用车刀加工出预设的手机外壳的外形的一种实施例的结构示意图；

图15为本发明用车刀加工出所述手机外壳的立体外形的结构示意图；

图16为本发明用cd纹车刀进行曲面cd纹加工后的手机外壳的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

1-底座；2-门桥；3-横梁；4-y轴线性滑轨；5-y轴滑座；6-z轴主轴箱；7-夹紧气缸；8-刀库；9-旋转平台；10-x轴工作台；11-x轴线性滑轨；12-光栅读数头；13-标尺光栅；14-直线电机线圈；15-直线电机磁板；16-铣床刀柄主体；17-车刀刀杆；18-车刀刀片；19-车刀定位安装座；20-车刀定位孔；21-内六角螺栓；22-第一平面；23-第二环面；24-环槽；25-曲面cd纹；26-被加工工件。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1至图5，现对本发明提供的曲面cd纹理的加工方法进行说明。所述曲面cd纹理的加工方法，用车铣复合加工机加工金属手机外壳，包括以下步骤：

用平底刀对装夹的手机外壳毛坯进行切削加工，加工出预设的手机外壳的外形；

用车刀加工出所述手机外壳的立体外形；

用平底刀在所述手机外壳上加工定位销孔；

用倒角刀对所述手机外壳四周轮廓倒角；

用车刀对所述手机外壳背面进行曲面加工；

用球刀对所述手机外壳相对的两短边接刀；

用球刀对所述手机外壳相对的两长边接刀；

用cd纹车刀对所述手机外壳进行曲面cd纹加工；

用成型刀对所述手机外壳进行外形加工。

本发明提供的曲面cd纹理的加工方法，与现有技术相比，用车铣复合加工机，通过不同刀具的更换，只需将工件的毛坯一次装夹，即可直接在毛坯工件上加工出cd纹及拐角镜面效果，且加工时间短、加工成本低。本实施例仅以手机外壳为例进行说明，在实际中，其应用范围涵盖3c电子产品、汽车零部件、航空零部件等高精密加工。

这里结合附图进一步说明加工的步骤，其中，采用车刀，在手机外壳毛坯件上切削，形成第一平面22和第二环面23，形成的外形参见图14；然后换不同规格的车刀，在第二环面23加工环槽24，形成的外形参见图15；然后换平底刀，在第二环面上加工定位销孔；然后换倒角刀，在第一平面的四周轮廓倒角，形成平滑的圆角；然后换车刀，对第一平面进行曲面加工，使第一平面形成一定的弧度；然后换球刀，对两短边或两长边接刀；然后换cd纹车刀，进行曲面cd纹加工，形成的外形参见图16，此时，图16的表面上具有图6至图13所示的半球型、锯齿型、梯型及三角型等不同槽型的曲面cd纹25纹理结构，这些纹理结构在显微镜下可见；最后，再用车刀车削，即可完成。

其中用车刀加工出所述手机外壳的3d立体外形。

上述步骤的顺序可以根据加工的工件的具体情况确定顺序，例如，上述长边和短边接刀可以交换顺序，不局限于上述的实施例。

进一步地，请一并参阅图1至图3，作为本发明提供的曲面cd纹理的加工方法的一种具体实施方式，所述车铣复合加工机包括底座1、布设于所述底座1上的两条x轴线性滑轨、与所述x轴线性滑轨滑11动配合的x轴工作台10和设于所述x轴工作台10上的旋转平台9，所述底座1上安装有门桥2，所述门桥2的横梁3与所述旋转平台9相邻的侧面水平布设两条y轴线性滑轨4，所述y轴线性滑轨4上滑动配合y轴滑座5，所述y轴滑座5上设有竖向滑轨，用于主轴相连的z轴主轴箱6与所述z轴滑轨滑动配合，所述门桥2的一侧设有刀库8，所述平底刀、所述车刀、所述倒角刀、所述球刀、所述cd纹车刀和所述成型刀存放于所述刀库8内，用于控制各部件工作的控制系统分别与用于驱动x轴工作台10工作的直线电机、用于驱动所述旋转平台9工作的直线电机、用于驱动所述y轴滑座5工作的直线电机、用于驱动所述z轴主轴箱6工作的直线电机及所述刀库8电连接，所述x轴工作台10、所述y轴滑座5和所述z轴主轴箱6分别设置有用于计量滑动距离的计量装置。

再说明的是，本发明采用的车铣复合加工机，包括底座1，所述底座1为天然大理石组合而成结构，底座1上布置两条高精度的x轴线性滑轨11，x轴线性滑轨11上安放一x轴工作平台10，底座1上方设置有一组通过螺栓与底座1连接的天然大理石材质的门桥2，门桥2上安装一组水平方向高精度y轴线性滑轨4，y轴滑座5通过y轴线性滑轨4与门桥2的横梁3连接，z轴主轴箱6上安装一对竖直方向的z轴滑轨。y轴滑座5与z轴主轴箱6通过z主轴箱上的z轴滑轨与y轴滑座5结合。本发明采用的车铣复合加工机能实现三个方向的位移，三个方向相互垂直，构成一个空间坐标系统，以实现x、y、z轴三个方向的传动。三轴部件皆通过一组大推力直线电机系统驱动。三轴系统中，每轴独立布置一套计量装置，通过其对部件位置的精确反馈保证设备的加工精度。其中，旋转平台为五轴旋转台。

本发明使用的车铣复合加工机利用直线电机驱动，采用直线电动机直接驱动相比传统的螺杆传动的最大区别是取消了从电机到工作台(拖板)之间的机械传动环节，把机床进给传动链的长度缩短为零，因而这种传动方式又被称为"零传动"。正是由于这种"零传动"方式，带来了原螺杆传动驱动方式无法达到的性能指标和优点：(1)高速响应：由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件(如丝杠等)，使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷；(2)精度高：直线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构产生的传动间隙和误差，减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差，通过直线位置检测反馈控制，即可大大提高机床的定位精度；(3)动刚度高：由于"直接驱动"，避免了启动、变速和换向时因中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，同时也提高了其传动刚度；(4)速度快、加减速过程短：由于上述"零传动"的高速响应性，使其加减速过程大大缩短。以实现起动时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停，可获得较高的加速度，一般可达2～10g(g＝9.8m/s²)，而滚珠丝杠传动的最大加速度一般只有0.1～0.5g；(5)行程长度不受限制：在导轨上通过串联直线电动机，就可以无限延长其行程长度；(6)运动动安静、噪音低：由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨(无机械接触)，其运动时噪音将大大降低；(7)效率高：由于无中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量损耗，传动效率大大提高。线圈与永磁板之间采用磁悬浮结构，相比传统的螺杆传动结构，直线电机驱动件之间无接触，无钢珠或齿轮间的刚性磨耗，无正反向驱动的间隙，无噪音，无位置定位的错误，而且一次定位完成，精度永久稳定，使用寿命高。

进一步地，请参阅图2，作为本发明提供的曲面cd纹理的加工方法的一种具体实施方式，所述计量装置为光栅尺，所述光栅尺包括标尺光栅13和光栅读数头12，所述标尺光栅13设置于所述y轴线性滑轨4上，所述光栅读数头12设于所述y轴滑座5上。光栅尺位移传感器(简称光栅尺)，是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置，其实起到的作用是对刀具和工件的坐标起一个检测的作用。光栅尺位移传感器经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或者角位移的检测，其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。例如，在数控机床中常用于对刀具和工件的坐标进行检测，来观察和跟踪走刀误差，以起到一个补偿刀具的运动误差的作用。其中，光栅读数头12主要由光源、会聚透镜、指示光栅、光电元件及调整机构组成。

进一步地，参阅图图1、图4及图5，作为本发明提供的曲面cd纹理的加工方法的一种具体实施方式，所述旋转平台9上设有用于夹持预加工的所述手机外壳的夹具。

进一步地，请参阅图4至图5，作为本发明提供的曲面cd纹理的加工方法的一种具体实施方式，所述夹具设有多个安装工位。可同时连续加工多个工件，大大提高加工效率。本发明实施例中，图4给出的是一次性夹持四件的示意图；图5给出的是一次性夹持六件的示意图。当然，一次性夹持不局限于本实施例所列举。其中，图1给出的是夹持一件被加工工件26的示意图。由此可知，通过本发明提供的加工方法，利用本发明提供的车铣复合加工机，既可进行一个工件的加工，也可同时进行二个、三个、四个等不同数量的工件的加工，使用灵活方便。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的曲面cd纹理的加工方法的一种具体实施方式，所述主轴为气浮主轴。气浮主轴又称为空气主轴，指的是用气体(通常是空气，但也有可能是其它气体)作为润滑剂的滑动轴承。空气比油粘滞性小，耐高温，无污染，因而可用于高速机器、仪器及放射性装置中。

进一步地，参阅图3，作为本发明提供的曲面cd纹理的加工方法的一种具体实施方式，所述cd纹车刀包括铣床刀柄主体16、车刀刀杆17、车刀定位安装座19和车刀刀片18，所述铣床刀柄主体16的上端与所述车铣复合加工机的主轴相连所述铣床刀柄主体16的下端穿过与所述车铣复合加工机相连的所述车刀定位安装座19，所述车刀刀杆17固定连接于所述铣床刀柄主体16的下端，所述车刀刀片18固定连接于所述车刀刀杆17的下端。本发明提供的加工方法，可直接利用本发明提供的车铣复合加工机进行cd纹车削加工，通过换用不同的刀具即可实现。本发明提供的cd纹车刀是利用铣床主体刀柄进行改制，用内六角螺钉将车刀定位安装座19固定在铣床刀柄主体16上，下方加装车刀刀杆17，车刀刀杆17下方有车刀车片安装槽。使用内六角螺栓21将车刀刀片18固定在车刀刀杆17下端的刀片安装槽上。使用时，将铣床刀柄主体16直接安装在铣床主轴上即可。工件被夹持在安放于工作台上的旋转平台9上，将车刀定位孔20及铣床刀柄主体16分别对准主轴上定位销孔及刀柄固定孔。至此，可直接利用该铣床进行cd纹车削加工。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的曲面cd纹理的加工方法的一种具体实施方式，当加工的所述手机外壳为塑性材料，用cd纹车刀对所述手机外壳进行曲面cd纹加工时，所述cd纹车刀的前角为0°、后角为5°～10°、刀尖圆弧半径为0.5～5mm。所述塑性材料为铜、铝或镍时，机床可采用较大的半径以降低工件的表面粗糙度，如采用较小的刀尖半径时，为不使表面粗糙度恶化须相应减少进给量。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的曲面cd纹理的加工方法的一种具体实施方式，当加工的所述手机外壳为疏性材料，用cd纹车刀对所述手机外壳进行曲面cd纹加工时，所述cd纹车刀的前角为-15°～-45°、后角为5°～10°、刀尖圆弧半径为0.5～5mm。所述疏性材料为硅、锗、caf2和zns中的任一种，最佳的前角除取决于材料本身外，还取决于机床和装夹系统的刚度。采用单晶金刚石(mcd)及聚晶金刚石(pcd)材质作为车刀材质。金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性，可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。金刚石刀具是由金刚石晶体状态决定的。在金刚石晶体中，碳原子的四个价电子按四面体结构成键，每个碳原子与四个相邻原子形成共价键，进而组成金刚石结构，该结构的结合力和方向性很强，从而使金刚石具有极高硬度。

由上述可知，所用车刀的刀具的刃口较宽，并采用较小的前角或者是负前角以及接近零度的刃倾角，当用cd纹加工时，刀具一方面进行高速切削，另一方面由于刀具前角很小，因此刀具的刃口对被加工表面形成了刮削和挤压效应，使工件表面获得了很高的光洁度同时产生了硬化层，提高了工件的表面硬度和使用的耐磨性。

另外，刀具的几何形状除与工件的几何形状有关外，主要取决于工件材料的物理特性。

进一步地，作为本发明提供的曲面cd纹理的加工方法的一种具体实施方式，用cd纹车刀对所述手机外壳进行曲面cd纹加工时，所述cd纹车刀刀片18角度为120°～150°。其中刀片角度在120°～150°之间方可加工出曲面cd纹理。不同的角度加工出来的曲面cd纹理效果不同，根据客户要求而选择最合适的刀片角度进行加工。其中，加工机安装不同规格的加工刀具即可加工出不一样的纹理槽型、产生不同的视觉感触。

采用本发明提供的加工方法，能够车削出半球型、锯齿型、梯型及尖顶型等不同槽型的纹理结构。半球型结构是现在市面上最流行的一种结构，其具有集成成像和动态光柱、波纹等跑动效果，亮度非常好；锯齿型结构当光线入射时，斜坡能反射出闪耀银亮、浮雕、水晶等光学效果；梯形及尖顶型结构最小的槽型可以达到纳米级，更加精细、设计效果也很丰富。其中，防伪常用的技术也是梯形结构。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。