雕刻机与数控铣联合应用策略

雕铣机,CNC,diy,相关资料

第2 3卷第 5期201年 9月 0

De eo me t& I n v t n o c i ey& Elcr a rd cs v lp n n o ai fMa h n r o e t c lP o u t i

机电产品开崖与钏崭

VOI 3。 5 . NO. 2 Se, 1 p. 20 0

文章编号：1 0— 6 3 (0 0 0— 5— 3 0 2 6 7 2 1 ) 5 11 0

雕刻机与数控铣联合应用策略孙鹏(阳职业技术学院，湖南岳阳 4 4 0 )岳 10 0

摘

要：通过分析雕刻机及数控铣与加工中心的特点，针对它们的优缺点 .采取雕刻机与数控铣联合应用 的策略，扬长避短，以获得较好的加工工艺。

关键词：数控雕刻；高速；切削量

中图分类号：T 8 G6

文献标识码：A d i O3 6/. s.0 2 6 7 .0 00 .6 o: .9 9j sn10— 6 32 1 .50 1 l i

Th c l t rn a h n n e S u p u i g M c i e a d CNC i i g M a h n i n Ap l a i n S r t g M l n c i e Un o p i to t a e y l cSU N凡 g

( p r n f eh ncl n lcr a E gn eig,Yu yn ct n e h ia Colg,Yuy n n n 1 0 0,Chn ) De at t M c a i dEe tc n ier me o aa il n e agVo ai a T c ncl l e ol e e agHu a 4 4 0 iaAbsr t: Th h rceitc t an b y ofabo k i p se nayi g t c lt rng m a hne a d tac: e c a a trsi he m i od o s asd a l sn he sup u i c i n CN C ii g ma hne d p ste M ln c i,a o t h l suptrng m a hneunt t c l u i c i ie wih CN C iig m a h n p hctv a tc,a o ss oo i sa d v d i s o c m i ss e i c l o M l n c i e a p aie tcis d pt b sg d pont n a oishs h r o ng p cf al fr l t i y t ere c ne ho tom n h i x e nts rc i

g,t an t arygo d te t g ndcat o g i hefil o rai ha irf. n Ke r: CN C y wo ds Enga ig; hg p e r vn ih se d; c ta o nt u m u s

0引言传统雕刻加工业是一门技术性要求很高的手工技艺，雕刻品的质量完全取决于雕刻师的技艺水平，所以

机产业也获得了良好的发展机遇，有效地促进了我国数控雕刻机的生产和推广应用。我国的数控雕刻机起步于经济型数控机床，随着数控技术的进步，经过十多年的发展，已形成了多个国产品牌的雕刻机，如上海洛克公

生产的效率低、成本高，制品的随意性强、一致性差，严重制约了雕刻行业的发展。这使得雕刻机的产生成为必然。

司生产的啄木鸟数控雕刻机、北京精雕公司生产的精雕数控雕刻机和南京科能公司生产的威克数控雕刻机等。

上述各类型雕刻机的机床本体结构较为简单，控制器大多借鉴国外新技术 .采用基于高档的微控制器或 P C的数控系统，伺服部分以步进电机细分驱动为主，可获得中等控制精度，但价格比较便宜，因此整机的性价比较高，适用于精度要求不太高的普及应用场合。对高精度的雕刻加工，目前我国尚以进口数控雕刻机为主，如意

数控雕刻机是数控技术和雕刻工艺相结合的产物， 是一种专用的数控机床。与通用数控机床类似，数控雕刻机通过数控系统根据程序代码控制雕刻机动作，实现雕刻加工的自动化。较传统的手工雕刻、仿形雕刻，数控雕刻具有生产效率高、加工精度高、成品率高、对零件的适应性强等显著优势；同时，借助：专用的雕刻于： C D C M软件系统，加工控制程序的生成快捷、修改 A/A方便。因此，数控雕刻机现在已经成为实现雕刻加工自动化、高效率、高精度的有效手段，也是当今雕刻机的

大利的左拉、日本的全量等品牌的数控雕刻机。这类数控雕刻机机床本体设计刚度好、精度高，采用伺服电机驱动，加工精度高，控制系统功能全、可靠性高，但价格昂贵，往往数倍于国产产品，因此主要应用于模

具等高精度加工场合。

发展主流，广泛应用于机械工业、广告传媒、日常消费

以及建筑装潢等众多领域。随着近年来我国制造业的迅速发展，我国数控雕刻

1 CN电脑雕刻及数控铣与/ -中心的对比 C jr n11机械部分 .

收稿日期：2 1— 8 0 0 0 0— 1

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机床机械由两个部分构成：工作台，主轴滑板等为 ( )数控铣、C 1 NC加工中心。对数控铣与 C C加 N

基金项目：2 0 0 9年岳阳职业技术学院院级课题 ( Z 9 2 G):移动部分；床身、底座、立柱等为非移动部分。 Y 0— 8

作者简介：孙鹏 (93 ) 17一，女，湖南岳阳人，副教授，工程 l师。主要研究方向：数控技术。

J工中心的非移动部分和移动部分刚性要求高，因此能进 1 51

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数控机床世界

行重切削。但由于移动部分同样庞大，牺牲了机床灵活性，对于细小的切削和快速进给就显得力不从心。

要求内藏式电主轴，而且在低转速时也要用一定的扭矩，要有油水冷却机来保持主轴工作温度恒定 .主轴功

( )C C雕铣机。雕铣机的非移动部分刚性要求也 2 N要尽可能地好，而移动部分的刚性则要以灵活为前题，

率要在 75 8 w以上，转速要超过 2 0 0/ n .~ k 50r mi。

12数控系统 .数控铣与 C C加工中心对数控系统要求速度一般， N 主轴转速 0 6 0 r i~ 0 0/ n左右。而雕铣机要求高速的数控 m系统以及极好的伺服电机特性，主轴转速 30~0 0r 0 0 4 0 0/

要设计得尽可能地轻巧一些，同时保持一定的刚性。如此设计的 C C雕刻机就可以进行比较细小的精加工， N 加工精度较高，对于软金属可以进行高速加工，但由于移动部分的刚性较差，所以不可能进行重切削。如何从 机械结构上解决移动部分重量轻、刚性又好的矛盾，其

mi右。直接支持 MatrAM等多种 C/AM软件 n左 s C e AD C

生成的 G代码。数控系统同时具有如下功能：①自动对刀功能：自动寻中心、边角、深度，精度极高，解决模

关键在于机械结构设计，可采用以下的技术措施：采

①用超宽的立柱和横梁，因为龙门式的结构有极好的对称

具找正的难题；②自动/动加工：支持 IO标准的 G手 S 指令；③增量进给和进给倍率在线调整功能：该操作可以精确设定进给速度；④用户数据输入 ( D )功能： M I 用户可以在线输 A G指令并立即执行；⑤单步模式：用 户可以把要执行的加工任务设置为单步模式；高速平⑥滑速度连接特性：自适应地决定当前指令与下一条指令

性和极佳的刚性，它是高速切削设备的首选结构。与传统的 C型床身结构相比，龙门架形式的床身刚性较高， 受力平均，工件只在一个轴向移动，各运动轴及相对惯性低，设计紧凑精密，可确保高刚性，高精度及高动态特性。机床的横梁可采用倾斜 3。构，使主轴鞍座的 O结的重心向后方移动，并且使横梁的导轨间距尽量加大， 如此可大大提高主轴的稳定性和刚性。由于立柱的质量

间的衔接速度。不仅大大提高了加工效率，而且改善了

加工性能，可消除留在加工表面的速度接刀痕；⑦三维模拟显示功能：通过简单的操作可以从各个角度观察三

远远大于主轴等移动部件的质量，所以为机床的高速运

动和主轴的高速运转及负荷切削提供了坚实的保障；②底座采用铸铁整体铸造，采用高低筋配合的网状箱型架构 .或直接采用蜂巢相接的内六角网状结构，确保底座有足够的重量以增加机床的稳定性，如此高刚性的底座设计可确保对固定工作台和立柱以及鞍座、主轴等移动部件的刚性支持，使机床动态加工的稳定性最好，全行

维加工结果；⑧仿真功能：可以对加工程序进行快速仿真加工。能在极短的时间内完成，同时检查加工程序是否出错 .加工结果是否满意，并能准确地计算出实际加工所需要的时间。

13编程软件 .( )多样的二维设计。目前很多雕刻软件，都提供 1了强大的图形创建、编辑、排版功能，精确绘图和艺术绘图功能，强大的文字处理功能。具有多种任意曲线的艺术文字排列效果，字型和尺寸任意调整、编辑；强大

程范围内完全支撑立柱，使加工产生的变形量最小；③其移动部分与数

控铣显着的不同之处在于加宽了导轨与

导轨之间的距离，以克服不良力矩的影响；④由于机床的刚性主要用于克服移动部分在高速移动时对非移动部

的节点编修功能，可以快速随意地修整轮廓的局部形状。 ( )灵活的三维设计。浮雕雕刻软件提供了方便、 2快捷地由二维图形产生三维模型的强大功能，由二维曲

分的强大冲击，所以导轨、丝杆要求粗一些，以及加强连接部分的刚性。最后，为了适应高速和负荷切削的双重要求，XY Z三轴都采用伺服电机加高精度弹性联轴//节连接高精度滚珠丝杠副，所有导轨和丝杠均采用高等级低摩擦系数、高淬硬层的优质产品，这样既保证了重载下机床的刚性，又保证了高速运动的精度，确保机床在长期连续高速加工状态下的低磨损和精度保持性，可节省用户的维护保养费用；⑤对数控铣和 C C加工中 N心 .因为要求输出低转速大扭矩，需要采用主轴变速箱的减速比来提升扭力，所以转速低是不可避免的，一般数控铣和 C C加工中心的最高转速 6 0 r n N 0 0/,不大可 mi能用很小半径的刀具。但对于 C C雕刻机来说，主轴 N通常在 2 0 0 3 0 0/ n才可工作，回转精度一般 2 00~ 00r mi I x

线构造强烈艺术效果的艺术浮雕、复杂曲面，并将艺术浮雕与曲面造型完美结合，使之产生形态复杂的雕刻产品。还可直接输出二维、三维刀具路径，刀具路径中提供了粗加工、半精加工、精加工及刀具路径的仿真等功能。( )强大的 C D造型设计。C D C 3 A A/AM模具设计与制造软件是目前机械加工行业广为使用且相当成功的软

件。不仅具有精确绘制二维和三维图形的功能，还可由此产生曲面、实体模型等强大功能，而且具有对图形、 曲面、实体模型直接编制刀具路径，通过模拟刀具路径验证 N C程序 .由计算机输入 C C雕刻机和数控机床完 N成工件加工的强大功能。

左右。不然断刀现象会很严重，所以一定要用电主轴或气动主轴，即电机和主轴是一体的，且主轴的固定板一

( )方便的数据交换功能。软件之间可直接进行 4二、三

维数据的转化。C C雕刻机与 C C加工中心和 N N数控铣一样，其加工基础是计算机辅助设计数据，这是

般都采用合金铝等轻质材料。对于高速切削设备来讲，

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数控机床世界

雕刻 C D功能的关键所在。目前国内外比较先进的电 A脑雕刻软件的功能各有所长，从软件的角度上讲，数 控铣、C C加工中心和 C N NC雕刻机都可以使用标准的

司的刀具参数也是大相径庭的，所以编程人员需要加工

刀具的相关技术资料。和普通低速 C C机床相比， N由于机床的功率是一定的，主轴转速越快，所能承受的切削其力将越小，以高速机加工时，所吃刀量相应要小。只有将机床、具、刀加工材料、工性质等结合起来才能摸索出加最佳的切削用量，产生最佳的生产效率。 针对这种情况，经权衡利弊后可采用以下的加工工艺：由于目前国内适合重切削的机床很多，加工费也便宜，刀具也便宜。而一般的工件加工量大，精度要求不高。鉴于这种情况，可以用仿形铣或数控铣把大部分切削量完成 (切削 )重，剩下 2 3 m的加工余量，可把剩~m余的切削量在高速 C C雕刻机上快速完成。转入高速 N切削后，因为加工对象已接近成形，所以第一刀的切削量很均匀，可采用进口的刀具，刀具虽贵，但加工时间短，切削量不大。所以性能价格比率很好。对于小型模具，加工余量不大，则可把全部的加工任务都在 C C N电脑雕刻机上完成。

C/AM软件 .C/AM软件先进行产品的 3图形 AD C AD C D设计，然后根据产品的特点设计拟定数控加工工艺，输入加工参数，生成刀具路径，再生成加程序并输送到

数控机床的控制系统进行自动化加工。

14刀库自动换刀和全自动对刀 .加工中心是为了完成多种工序于自动状态的数控设备 .主要用于一些固定的大批量的生产作业。对于生产同一品种而工件数量少的加工尽量不要使用加工中心，

因为成本高、效率低。可使用全自动对刀系统，刀往上一

装，一个按钮 .机床自动对刀 .直接加工，误差在 0 .

0 1 00 0 mm内，与自动换时间相比，慢不了很多。 0~ .0 3

对于国内的制造业，特别是模具生产企业来说，一般都是单件生产，而且劳动力资源充足，所以，对于小批量

工业零件的加工 .要充分考虑资金的利用价值，不要动辄采用加工中心设备，更何况国内厂家的刀库系统还存在不少问题。

3结束语目前，数控技术的迅速发展，而 C D C M软件的 A/A发展速度远胜于机床的 C C的发展速度 .应用先进的 N Po r/ E、Matr A等软件进行 C/ AM设计加工，各 seC M AD C取所长，并将最终的 C M程序传输给电脑雕刻机执行， A 可将 C C雕刻和 C C数控加工有机地结合起来。数控 N N

2联合应用策略随着生产水平的不断提高。C C高速机床也得到模 N具制造商们的青睐，高速切削的本质就是把刀具的行走的长度在短时间内走完 .由于其自身优良的特性，可以

大幅度地提高加工效率，从而可以降低生产成本。高速 C NC加工中心的转速可达 4 0 0/ n 0 0 r,但高速机的使用 mi目前存在很多问题，首先是高速加工经验问题，很多编程人员在高速机面前不知道如何采用切削用量，对切削用量的认识，往往凭借的是经验和感觉，而这些经验和

铣和 C C加工中心主要用于完成较大铣削量的工件的 N加工：而 C C雕刻机主要用于完成铣削量较小而且工 N

件有较高的表面光洁度或软金属的加工 .联合加工策略的应用将使 C C雕刻成为模具加工不可缺少的加工手 N段，有着广泛的应用前景。参考文献：[]有君 .控技术[ .械工业出版社，05 1杨数 M]机 20

感觉是在低速 C NC机床积累的。所以，面对高速机时就找不到感觉了。其次还要考虑加工工件的材料和硬

度 .材料越硬，切削用量相应取小值。所用刀具的性能也很重要，为所选择的刀具决定了能用的转速，因决定了机床的加工是普通加工还是高速加工。以，所只有选用了高速刀，能给出相应的高速，行高速加工。而不同公

才进

[】锐 .控应用关键技术【 .子工业出版社，0 5 2娄数 M】电 20[]勇 .代计算机数控系统[ .械工业出版社，9 6 3冯现 M]机 19.[】春斌 .于 D P的数控雕刻机控制系统的设计与实现[ .合 4刘基 S J组】机床与自动化加工技术， 0 2 1 . 2 0 .0

(接第 1 0页 )上 3

接向系统内其它口岸煤炭采样系统移植，可修改后应用于煤炭、冶金、采矿等行业电气拖动系统。 如有实际需要，本监控保护系统可以实现与主系统 P C通信，达到一体化远程监控目的。 L参考文献：[】 S 1 IO标准组织 . 019 9s: O . I 3 o[]0 1 s 2[]克忠，伟 .算机控制系统[ .华大学出版社， 0 . 2何李计 M]清 2 0 0

3结束语从系统技术设计上看，本电机监控保护系统符合当前电气驱动控制技术的潮流，方案比较先进：实际测试 表明了该系统运行良好，保证了煤炭采样精度，提升了

我单位在煤炭检验市场上的的竞争实力。系统程序设计时有意识作了通用性考虑，具备良好的拓展功能。可直

[]逸之 .B与 R 2 2串行通讯控制[ .国青年出版社，0 05 3范 V S3 M]中 2 0,.

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