1承包引言

　　CNC雕刻機(jī)最近幾年在國內(nèi)有較大的發(fā)展豪荧，在國外早就有了雕銑機(jī)（CNCEngravingAndMillingMachine）攒坊。確切地說恤朝，雕是銑的一部分仓泣，傳統(tǒng)的數(shù)控銑床、CNC加工中心功率大棕虫，加工效率高苏涧，機(jī)床穩(wěn)定性較好，但加工銅第哲、鋁等軟質(zhì)材料時(shí)存在著加工表面光潔度低训木、加工效率不高等缺點(diǎn)，而高速CNC加工中心雖然可以克服以上的缺點(diǎn)财岔，但價(jià)格昂貴风皿，一般的廠家難以承受。和傳統(tǒng)的CNC數(shù)控設(shè)備相比匠璧，CNC電腦雕刻機(jī)有著轉(zhuǎn)速高桐款、加工軟質(zhì)材料效率高咸这、表面光潔度高、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)鲁僚，雕刻加工是飽含著人類高智能和高技能的工匠型勞動(dòng)炊苫，當(dāng)代雕刻制造技術(shù)正經(jīng)歷著從手工雕刻向CNC雕刻的變革。將CNC雕刻和數(shù)控銑相結(jié)合冰沙，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)侨艾，相互取長補(bǔ)短無疑是一種明智的選擇，這就是CNC雕刻與數(shù)控銑床的聯(lián)合加工策略拓挥，以下對(duì)相關(guān)技術(shù)關(guān)鍵略作討論唠梨。

　　2 CNC電腦雕刻及數(shù)控銑與加工中心的對(duì)比

　　2.1機(jī)械部分

　　機(jī)床機(jī)械由兩個(gè)部分構(gòu)成：工作臺(tái)，主軸滑板等為移動(dòng)部分侥啤；床身当叭、底座，立柱等為非移動(dòng)部分弦蜀。

　　(1)數(shù)控銑室午、CNC加工中心

　　對(duì)數(shù)控銑與CNC加工中心的非移動(dòng)部分和移動(dòng)部分剛性要求高，因此能進(jìn)行重切削栋负。但由于移動(dòng)部分同樣龐大孔菱，犧牲了機(jī)床靈活性，對(duì)于細(xì)小的切削和快速進(jìn)給就顯得力不從心倒忌。

　　(2)CNC雕銑機(jī)

　　雕銑機(jī)的非移動(dòng)部分剛性要求也要盡可能地好撕星，而移動(dòng)部分的剛性則要以靈活為前題，要設(shè)計(jì)得盡可能地輕巧一些涉床，同時(shí)保持一定的剛性唧窄。如此設(shè)計(jì)的CNC雕刻機(jī)就可以進(jìn)行比較細(xì)小的精加工，加工精度較高迅忆，對(duì)于軟金屬可以進(jìn)行高速加工究惨，但由于移動(dòng)部分的剛性較差，所以不可能進(jìn)行重切削皿港。如何從機(jī)械結(jié)構(gòu)上解決移動(dòng)部分重量輕荧关、剛性又好的矛盾，其關(guān)鍵在于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)褂傀，可采用以下的技術(shù)措施：

　　1)采用超寬的立柱和橫梁，因?yàn)辇堥T式的結(jié)構(gòu)有極好的對(duì)稱性和極佳的剛性加勤，它是高速切削設(shè)備的首選結(jié)構(gòu)仙辟。與傳統(tǒng)的C型床身結(jié)構(gòu)相比，龍門架形式的床身剛性較高鳄梅，受力平均叠国，工件只在一個(gè)軸向移動(dòng)未檩，各運(yùn)動(dòng)軸及相對(duì)慣性低，設(shè)計(jì)緊湊精密粟焊，可確保高剛性冤狡，高精度及高動(dòng)態(tài)特性。機(jī)床的橫梁可采用傾斜30度結(jié)構(gòu)项棠，使主軸鞍座的的重心向后方移動(dòng)悲雳，并且使橫梁的導(dǎo)軌間距盡量加大，如此可大大提高主軸的穩(wěn)定性和剛性香追。由于立柱的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于主軸等移動(dòng)部件的質(zhì)量俊瞬，所以為機(jī)床的高速運(yùn)動(dòng)和主軸的高速運(yùn)轉(zhuǎn)及負(fù)荷切削提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

　　2)底座采用鑄鐵整體鑄造带漆，采用高低筋配合的網(wǎng)狀箱型架構(gòu)兑蹈，或直接采用蜂巢相接的內(nèi)六角網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，確保底座有足夠的重量以增加機(jī)床的穩(wěn)定性狐绽，如此高剛性的底座設(shè)計(jì)可確保對(duì)固定工作臺(tái)和立柱以及鞍座污祭、主軸等移動(dòng)部件的剛性支持，使機(jī)床動(dòng)態(tài)加工的穩(wěn)定性最好躺冕，全行程范圍內(nèi)完全支撐立柱慨蜒，使加工產(chǎn)生的變形量最小。

　　3)其移動(dòng)部分與數(shù)控銑顯著的不同之處在于加寬了導(dǎo)軌與導(dǎo)軌之間的距離抑琳，以克服不良力矩的影響候塞。

　　4)由于機(jī)床的剛性主要用于克服移動(dòng)部分在高速移動(dòng)時(shí)對(duì)非移動(dòng)部分的強(qiáng)大沖擊，所以導(dǎo)軌果嗜、絲桿要求粗一些季键，以及加強(qiáng)連接部分的剛性。最后补颗，為了適應(yīng)高速和負(fù)荷切削的雙重要求可都，X/Y/Z三軸都采用伺服電機(jī)加高精度彈性聯(lián)軸節(jié)連接高精度滾珠絲杠副，所有導(dǎo)軌和絲杠均采用高等級(jí)低摩擦系數(shù)蚓耽、高淬硬層的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品渠牲，這樣既保證了重載下機(jī)床的剛性，又保證了高速運(yùn)動(dòng)的精度步悠，確保機(jī)床在長期連續(xù)高速加工狀態(tài)下的低磨損和精度保持性签杈，可節(jié)省用戶的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。

　　5)對(duì)數(shù)控銑和CNC加工中心鼎兽，因?yàn)橐筝敵龅娃D(zhuǎn)速大扭矩答姥，需要采用主軸變速箱的減速比來提升扭力，所以轉(zhuǎn)速低是不可避免的谚咬，一般數(shù)控銑和CNC加工中心的最高轉(zhuǎn)速6000r/min鹦付，不大可能用很小半徑的刀具尚粘。但對(duì)于CNC雕刻機(jī)來說，主軸通常在20000～30000r/min才可工作敲长，回轉(zhuǎn)精度一般2μ左右郎嫁，不然斷刀現(xiàn)象會(huì)很嚴(yán)重，所以一定要用電主軸或氣動(dòng)主軸爬账，即電機(jī)和主軸是一體的源相，且主軸的固定板一般都采用合金鋁等輕質(zhì)材料。對(duì)于高速切削設(shè)備來講窟怪，要求內(nèi)藏式電主軸肺倾，而且在低轉(zhuǎn)速時(shí)也要用一定的扭矩，要有油水冷卻機(jī)來保持主軸工作溫度恒定嫡笔，主軸功率要在7.5～8kW以上圈咬，轉(zhuǎn)速要超過25000r/min。

　　2.2數(shù)控系統(tǒng)

　　數(shù)控銑與CNC加工中心對(duì)數(shù)控系統(tǒng)要求速度一般辞仇，主軸轉(zhuǎn)速0～6000r/min左右鹏汁。而雕銑機(jī)要求高速的數(shù)控系統(tǒng)以及極好的伺服電機(jī)特性，主軸轉(zhuǎn)速3000～40000r/min左右板拂。直接支持MasterCAM等多種CAD/CAM軟件生成的G代碼磕艺。數(shù)控系統(tǒng)同時(shí)具有如下功能：

　　(1)自動(dòng)對(duì)刀功能：自動(dòng)尋中心、邊角嬉竞、深度光叉，精度極高，解決模具找正的難題挚躯；

　　(2)自動(dòng)/手動(dòng)加工：支持ISO標(biāo)準(zhǔn)的G指令强衡；

　　(3)增量進(jìn)給和進(jìn)給倍率在線調(diào)整功能：該操作可以精確設(shè)定進(jìn)給速度；

　　(4)用戶數(shù)據(jù)輸入（MDI）功能：用戶可以在線輸AG指令并立即執(zhí)行码荔；

　　(5)單步模式：用戶可以把要執(zhí)行的加工任務(wù)設(shè)置為單步模式漩勤；

　　(6)高速平滑速度連接特性：自適應(yīng)地決定當(dāng)前指令與下一條指令間的銜接速度。不僅大大提高了加工效率缩搅，而且改善了加工性能越败，可消除留在加工表面的速度接刀痕；

　　(7)三維模擬顯示功能：通過簡單的操作可以從各個(gè)角度觀察三維加工結(jié)果硼瓣；

　　(8)仿真功能：可以對(duì)加工程序進(jìn)行快速仿真加工究飞，能在極短的時(shí)間內(nèi)完成，同時(shí)檢查加工程序是否出錯(cuò)堂鲤，加工結(jié)果是否滿意噪猾，并能準(zhǔn)確地計(jì)算出實(shí)際加工所需要的時(shí)間。

　　2.3編程軟件

　　(1)多樣的二維設(shè)計(jì)

　　目前很多雕刻軟件筑累，都提供了強(qiáng)大的圖形創(chuàng)建袱蜡、編輯、排版功能疗刮，精確繪圖和藝術(shù)繪圖功能吞瘸，強(qiáng)大的文字處理功能。具有多種任意曲線的藝術(shù)文字排列效果忿迷，字型和尺寸任意調(diào)整械与、編輯；強(qiáng)大的節(jié)點(diǎn)編修功能纫惰，可以快速隨意地修整輪廓的局部形狀梅柑。

　　(2)靈活的三維設(shè)計(jì)

　　浮雕雕刻軟件提供了方便、快捷地由二維圖形產(chǎn)生三維模型的強(qiáng)大功能瓢疤，由二維曲線構(gòu)造強(qiáng)烈藝術(shù)效果的藝術(shù)浮雕脯牛、復(fù)雜曲面，并將藝術(shù)浮雕與曲面造型完美結(jié)合窥窜，使之產(chǎn)生形態(tài)復(fù)雜的雕刻產(chǎn)品仪彪。還可直接輸出二維、三維刀具路徑划烫，刀具路徑中提供了粗加工蒲坐、半精加工、精加工及刀具路徑的仿真等功能黄锤。

　　(3)強(qiáng)大的CAD造型設(shè)計(jì)

　　CAD/CAM模具設(shè)計(jì)與制造軟件是目前機(jī)械加工行業(yè)廣為使用且相當(dāng)成功的軟件搪缨，不僅具有精確繪制二維和三維圖形的功能，還可由此產(chǎn)生曲面鸵熟、實(shí)體模型等強(qiáng)大功能副编，而且具有對(duì)圖形、曲面旅赢、實(shí)體模型直接編制刀具路徑齿桃，通過模擬刀具路徑驗(yàn)證NC程序，由計(jì)算機(jī)輸入CNC雕刻機(jī)和數(shù)控機(jī)床完成工件加工的強(qiáng)大功能煮盼。

　　(4)方便的數(shù)據(jù)交換功能

　　軟件之間可直接進(jìn)行二短纵、三維數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化。CNC雕刻機(jī)與CNC加工中心和數(shù)控銑一樣僵控，其加工基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)香到，這是雕刻CAD功能的關(guān)鍵所在。目前國內(nèi)外比較先進(jìn)的電腦雕刻軟件的功能各有所長报破，從軟件的角度上講悠就，數(shù)控銑、CNC加工中心和CNC雕刻機(jī)都可以使用標(biāo)準(zhǔn)的CAD/CAM軟件，CAD/CAM軟件先進(jìn)行產(chǎn)品的3D圖形設(shè)計(jì)阴应，然后根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)設(shè)計(jì)擬定數(shù)控加工工藝棺莱，輸入加工參數(shù)，生成刀具路徑姚沽，再生成加工程序并輸送到數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化加工陕券。

　　2.4刀庫自動(dòng)換刀和全自動(dòng)對(duì)刀

　　加工中心是為了完成多種工序于自動(dòng)狀態(tài)的數(shù)控設(shè)備，主要用于一些固定的大批量的生產(chǎn)作業(yè)蟹助。但對(duì)于模具行業(yè)和小批量生產(chǎn)單位欧舒，千萬不要?jiǎng)硬粍?dòng)就上加工中心，很多廠家買加工中心當(dāng)數(shù)控銑來使用捉痰。使用刀庫對(duì)數(shù)控系統(tǒng)來講很簡單阐拭，但主軸和刀庫、空壓機(jī)以及各種刀柄等會(huì)增加成本湖吭，而且編程掺厦、調(diào)整刀庫也要花費(fèi)相應(yīng)的時(shí)間。所以毙驯，對(duì)于生產(chǎn)同一品種而工件數(shù)量少的加工盡量不要使用加工中心倒堕，因?yàn)槌杀靖摺⑿实捅邸垦巴？墒褂萌詣?dòng)對(duì)刀系統(tǒng)，刀往上一裝铭段，一個(gè)按鈕骤宣，機(jī)床自動(dòng)對(duì)刀，直接加工序愚，誤差在0.001～0.0003mm內(nèi)憔披，與自動(dòng)換時(shí)間相比，慢不了很多爸吮。如果是加工中心芬膝，但無自動(dòng)對(duì)刀裝置的機(jī)床與不帶刀庫，但有自動(dòng)對(duì)刀裝置的機(jī)床相比形娇，實(shí)踐中的效率后者遠(yuǎn)高于前者锰霜。對(duì)于國內(nèi)的制造業(yè)，特別是模具生產(chǎn)企業(yè)來說桐早，一般都是單件生產(chǎn)谊某，而且勞動(dòng)力資源充足，所以箕但，對(duì)于小批量工業(yè)零件的加工订岗，要充分考慮資金的利用價(jià)值，不要?jiǎng)虞m采用加工中心設(shè)備，更何況國內(nèi)廠家的刀庫系統(tǒng)還存在不少問題囊骆。

　　3 聯(lián)合加工策略的應(yīng)用

　　隨著生產(chǎn)水平的不斷提高雪奠，CNC高速機(jī)床也得到模具制造商們的青睞，高速切削的本質(zhì)就是把刀具的行走的長度在短時(shí)間內(nèi)走完屋问，由于其自身優(yōu)良的特性串篓，可以大幅度地提高加工效率，從而可以降低生產(chǎn)成本籍囱。高速CNC加工中心的轉(zhuǎn)速可達(dá)40000r/min，但高速機(jī)的使用目前存在很多問題茶括，首先是高速加工經(jīng)驗(yàn)問題烤脾，很多編程人員在高速機(jī)面前不知道如何采用切削用量，對(duì)切削用量的認(rèn)識(shí)诅福，往往憑借的是經(jīng)驗(yàn)和感覺匾委，而這些經(jīng)驗(yàn)和感覺是在低速CNC機(jī)床積累的。所以氓润，面對(duì)高速機(jī)時(shí)就找不到感覺了赂乐。其次還要考慮加工工件的材料和硬度，材料越硬咖气，切削用量相應(yīng)取小值挨措。所用刀具的性能也很重要，因?yàn)樗x擇的刀具決定了能用的轉(zhuǎn)速崩溪，決定了機(jī)床的加工是普通加工還是高速加工浅役。所以，只有選用了高速刀伶唯，才能給出相應(yīng)的高速觉既，進(jìn)行高速加工。而不同公司的刀具參數(shù)也是大相徑庭的乳幸，所以編程人員需要加工刀具的相關(guān)技術(shù)資料瞪讼。和普通低速CNC機(jī)床相比，由于機(jī)床的功率是一定的粹断，主軸轉(zhuǎn)速越快殖祈，其所能承受的切削力將越小，所以高速機(jī)加工時(shí)马怎，吃刀量相應(yīng)要小既屋。只有將機(jī)床、刀具惰渐、加工材料闰幽、加工性質(zhì)等結(jié)合起來才能摸索出最佳的切削用量，產(chǎn)生最佳的生產(chǎn)效率。

　　針對(duì)這種情況屯贺，經(jīng)權(quán)衡利弊后可采用以下的加工工藝：由于目前國內(nèi)適合重切削的機(jī)床很多渣碌，加工費(fèi)也便宜，刀具也便宜摸进。而一般的工件加工量大饰样，精度要求不高。鑒于這種情況挽晌，可以用仿形銑或數(shù)控銑把大部分切削量完成（重切削）菲瓶，剩下2～3mm的加工余量，可把剩余的切削量在高速CNC雕刻機(jī)上快速完成畏梆。轉(zhuǎn)入高速切削后您宪，因?yàn)榧庸?duì)象已接近成形，所以第一刀的切削量很均勻奠涌，可采用進(jìn)口的刀具宪巨，刀具雖貴，但加工時(shí)間短溜畅，切削量不大捏卓，所以性能價(jià)格比率很好。對(duì)于小型模具慈格，加工余量不大怠晴，則可把全部的加工任務(wù)都在CNC電腦雕刻機(jī)上完成。

　　4 結(jié)束語

　　目前峦椰，數(shù)控技術(shù)的迅速發(fā)展龄寞，而CAD/CAM軟件的發(fā)展速度遠(yuǎn)勝于機(jī)床的CNC的發(fā)展速度，應(yīng)用先進(jìn)的Pro/ENGINEER汤功、MasterCAM等軟件進(jìn)行CAD/CAM設(shè)計(jì)加工物邑，各取所長，并將最終的CAM程序傳輸給電腦雕刻機(jī)執(zhí)行吟芜，可將CNC雕刻和CNC數(shù)控加工有機(jī)地結(jié)合起來耻覆。數(shù)控銑和CNC加工中心主要用于完成較大銑削量的工件的加工；而CNC雕刻機(jī)主要用于完成銑削量較小而且工件有較高的表面光潔度或軟金屬的加工夯榛，聯(lián)合加工策略的應(yīng)用將使CNC雕刻成為模具加工不可缺少的加工手段营慷，有著廣泛的應(yīng)用前景。

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