摘要：CNC電腦雕刻及數(shù)控銑與加工中心在機械加工中都有各自的優(yōu)勢拴鸵，將CNC雕刻和數(shù)控銑相結合，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，相互取長補短無疑是一種明智的選擇较谣。基于利弊對比孩最，本文討論一種將CNC雕刻與數(shù)控銑床組合應用的聯(lián)合加工策略趾赡。

　　關鍵詞：數(shù)控雕刻數(shù)控銑床聯(lián)合加工策略

1承包引言

　　CNC雕刻機最近幾年在國內(nèi)有較大的發(fā)展赴辨，在國外早就有了雕銑機（CNCEngravingAndMillingMachine）。確切地說好勤，雕是銑的一部分捣域，傳統(tǒng)的數(shù)控銑床、CNC加工中心功率大宴合，加工效率高焕梅，機床穩(wěn)定性較好，但加工銅卦洽、鋁等軟質(zhì)材料時存在著加工表面光潔度低贞言、加工效率不高等缺點，而高速CNC加工中心雖然可以克服以上的缺點阀蒂，但價格昂貴该窗，一般的廠家難以承受。和傳統(tǒng)的CNC數(shù)控設備相比蚤霞，CNC電腦雕刻機有著轉(zhuǎn)速高酗失、加工軟質(zhì)材料效率高、表面光潔度高争便、性價比高等優(yōu)點级零，雕刻加工是飽含著人類高智能和高技能的工匠型勞動，當代雕刻制造技術正經(jīng)歷著從手工雕刻向CNC雕刻的變革滞乙。將CNC雕刻和數(shù)控銑相結合淤汽，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，相互取長補短無疑是一種明智的選擇脱处，這就是CNC雕刻與數(shù)控銑床的聯(lián)合加工策略卸能，以下對相關技術關鍵略作討論。

2 CNC電腦雕刻及數(shù)控銑與加工中心的對比

　2.1機械部分

　　機床機械由兩個部分構成：工作臺忍抗，主軸滑板等為移動部分延坡；床身、底座付厦，立柱等為非移動部分舵博。

　　(1)數(shù)控銑、CNC加工中心

　　對數(shù)控銑與CNC加工中心的非移動部分和移動部分剛性要求高超默，因此能進行重切削蟆盖。但由于移動部分同樣龐大，犧牲了機床靈活性园环，對于細小的切削和快速進給就顯得力不從心多梦。

　　(2)CNC雕銑機

　　雕銑機的非移動部分剛性要求也要盡可能地好，而移動部分的剛性則要以靈活為前題陋气，要設計得盡可能地輕巧一些劳吠，同時保持一定的剛性引润。如此設計的CNC雕刻機就可以進行比較細小的精加工，加工精度較高痒玩，對于軟金屬可以進行高速加工淳附，但由于移動部分的剛性較差，所以不可能進行重切削蠢古。如何從機械結構上解決移動部分重量輕燃观、剛性又好的矛盾，其關鍵在于機械結構設計便瑟，可采用以下的技術措施：

　　1)采用超寬的立柱和橫梁，因為龍門式的結構有極好的對稱性和極佳的剛性番川，它是高速切削設備的首選結構到涂。與傳統(tǒng)的C型床身結構相比，龍門架形式的床身剛性較高颁督，受力平均践啄，工件只在一個軸向移動，各運動軸及相對慣性低沉御，設計緊湊精密小愚，可確保高剛性，高精度及高動態(tài)特性芋甸。機床的橫梁可采用傾斜30度結構榄兑，使主軸鞍座的的重心向后方移動音共，并且使橫梁的導軌間距盡量加大，如此可大大提高主軸的穩(wěn)定性和剛性。由于立柱的質(zhì)量遠遠大于主軸等移動部件的質(zhì)量栽逸，所以為機床的高速運動和主軸的高速運轉(zhuǎn)及負荷切削提供了堅實的保障。

　　2)底座采用鑄鐵整體鑄造锋力，采用高低筋配合的網(wǎng)狀箱型架構猩吕，或直接采用蜂巢相接的內(nèi)六角網(wǎng)狀結構，確保底座有足夠的重量以增加機床的穩(wěn)定性性躬，如此高剛性的底座設計可確保對固定工作臺和立柱以及鞍座汛滩、主軸等移動部件的剛性支持，使機床動態(tài)加工的穩(wěn)定性最好俱挨，全行程范圍內(nèi)完全支撐立柱函绊，使加工產(chǎn)生的變形量最小。

　　3)其移動部分與數(shù)控銑顯著的不同之處在于加寬了導軌與導軌之間的距離滨溉，以克服不良力矩的影響什湘。

　　4)由于機床的剛性主要用于克服移動部分在高速移動時對非移動部分的強大沖擊，所以導軌晦攒、絲桿要求粗一些闽撤，以及加強連接部分的剛性得哆。最后，為了適應高速和負荷切削的雙重要求哟旗，X/Y/Z三軸都采用伺服電機加高精度彈性聯(lián)軸節(jié)連接高精度滾珠絲杠副贩据，所有導軌和絲杠均采用高等級低摩擦系數(shù)、高淬硬層的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品闸餐，這樣既保證了重載下機床的剛性饱亮，又保證了高速運動的精度，確保機床在長期連續(xù)高速加工狀態(tài)下的低磨損和精度保持性舍沙，可節(jié)省用戶的維護保養(yǎng)費用近上。

　　5)對數(shù)控銑和CNC加工中心，因為要求輸出低轉(zhuǎn)速大扭矩拂铡，需要采用主軸變速箱的減速比來提升扭力壹无，所以轉(zhuǎn)速低是不可避免的，一般數(shù)控銑和CNC加工中心的最高轉(zhuǎn)速6000r/min实射，不大可能用很小半徑的刀具启中。但對于CNC雕刻機來說，主軸通常在20000～30000r/min才可工作磺伍，回轉(zhuǎn)精度一般2μ左右疯食，不然斷刀現(xiàn)象會很嚴重，所以一定要用電主軸或氣動主軸或缘，即電機和主軸是一體的梅明，且主軸的固定板一般都采用合金鋁等輕質(zhì)材料。對于高速切削設備來講般迈，要求內(nèi)藏式電主軸常废，而且在低轉(zhuǎn)速時也要用一定的扭矩，要有油水冷卻機來保持主軸工作溫度恒定螺啤，主軸功率要在7.5～8kW以上蝇蝶，轉(zhuǎn)速要超過25000r/min。

　2.2數(shù)控系統(tǒng)

　　數(shù)控銑與CNC加工中心對數(shù)控系統(tǒng)要求速度一般淌踢，主軸轉(zhuǎn)速0～6000r/min左右危号。而雕銑機要求高速的數(shù)控系統(tǒng)以及極好的伺服電機特性，主軸轉(zhuǎn)速3000～40000r/min左右素邪。直接支持MasterCAM等多種CAD/CAM軟件生成的G代碼外莲。數(shù)控系統(tǒng)同時具有如下功能：

　　(1)自動對刀功能：自動尋中心、邊角兔朦、深度偷线，精度極高，解決模具找正的難題沽甥；

　　(2)自動/手動加工：支持ISO標準的G指令声邦；

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

　　(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；

　　(5)單步模式：用戶可以把要執(zhí)行的加工任務設置為單步模式亥曹；

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

　　(7)三維模擬顯示功能：通過簡單的操作可以從各個角度觀察三維加工結果；

　　(8)仿真功能：可以對加工程序進行快速仿真加工蛇受，能在極短的時間內(nèi)完成榛覆，同時檢查加工程序是否出錯，加工結果是否滿意菱脯，并能準確地計算出實際加工所需要的時間鸥萌。

　2.3編程軟件

　　(1)多樣的二維設計

　　目前很多雕刻軟件，都提供了強大的圖形創(chuàng)建技蝌、編輯、排版功能牌完，精確繪圖和藝術繪圖功能伦窜，強大的文字處理功能。具有多種任意曲線的藝術文字排列效果坎谱，字型和尺寸任意調(diào)整始坝、編輯；強大的節(jié)點編修功能念婶，可以快速隨意地修整輪廓的局部形狀蓄揭。

　　(2)靈活的三維設計

　　浮雕雕刻軟件提供了方便、快捷地由二維圖形產(chǎn)生三維模型的強大功能分搞，由二維曲線構造強烈藝術效果的藝術浮雕儿捧、復雜曲面，并將藝術浮雕與曲面造型完美結合挑宠，使之產(chǎn)生形態(tài)復雜的雕刻產(chǎn)品菲盾。還可直接輸出二維、三維刀具路徑各淀，刀具路徑中提供了粗加工懒鉴、半精加工、精加工及刀具路徑的仿真等功能碎浇。

　　(3)強大的CAD造型設計

　　CAD/CAM模具設計與制造軟件是目前機械加工行業(yè)廣為使用且相當成功的軟件临谱，不僅具有精確繪制二維和三維圖形的功能，還可由此產(chǎn)生曲面奴璃、實體模型等強大功能悉默，而且具有對圖形城豁、曲面、實體模型直接編制刀具路徑麦牺，通過模擬刀具路徑驗證NC程序钮蛛，由計算機輸入CNC雕刻機和數(shù)控機床完成工件加工的強大功能。

　　(4)方便的數(shù)據(jù)交換功能

　　軟件之間可直接進行二剖膳、三維數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化轮砸。CNC雕刻機與CNC加工中心和數(shù)控銑一樣，其加工基礎是計算機輔助設計數(shù)據(jù)策睛，這是雕刻CAD功能的關鍵所在应胎。目前國內(nèi)外比較先進的電腦雕刻軟件的功能各有所長，從軟件的角度上講闪割，數(shù)控銑而逞、CNC加工中心和CNC雕刻機都可以使用標準的CAD/CAM軟件，CAD/CAM軟件先進行產(chǎn)品的3D圖形設計粪业，然后根據(jù)產(chǎn)品的特點設計擬定數(shù)控加工工藝黄骇，輸入加工參數(shù)，生成刀具路徑牵巾，再生成加工程序并輸送到數(shù)控機床的控制系統(tǒng)進行自動化加工倒奋。CNC四軸電腦雕刻機如圖1所示。

圖1CNC四軸電腦雕刻機

　2.4刀庫自動換刀和全自動對刀

　　加工中心是為了完成多種工序于自動狀態(tài)的數(shù)控設備赂牍，主要用于一些固定的大批量的生產(chǎn)作業(yè)翰鲸。但對于模具行業(yè)和小批量生產(chǎn)單位，千萬不要動不動就上加工中心相速，很多廠家買加工中心當數(shù)控銑來使用碟渺。使用刀庫對數(shù)控系統(tǒng)來講很簡單，但主軸和刀庫突诬、空壓機以及各種刀柄等會增加成本苫拍，而且編程、調(diào)整刀庫也要花費相應的時間旺隙。所以怯疤，對于生產(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，因為成本高催束、效率低集峦。可使用全自動對刀系統(tǒng)抠刺，刀往上一裝塔淤，一個按鈕，機床自動對刀，直接加工高蜂，誤差在0.001～0.0003mm內(nèi)聪黎，與自動換時間相比，慢不了很多丢华。如果是加工中心船白，但無自動對刀裝置的機床與不帶刀庫，但有自動對刀裝置的機床相比码署，實踐中的效率后者遠高于前者蒙敦。對于國內(nèi)的制造業(yè)，特別是模具生產(chǎn)企業(yè)來說朝财，一般都是單件生產(chǎn)屏烂，而且勞動力資源充足，所以龟栗，對于小批量工業(yè)零件的加工巾割，要充分考慮資金的利用價值，不要動輒采用加工中心設備焰醇，更何況國內(nèi)廠家的刀庫系統(tǒng)還存在不少問題昧甲，圖2為某加工中心視圖。

圖2加工中心

3 聯(lián)合加工策略的應用

　　隨著生產(chǎn)水平的不斷提高腿扒，CNC高速機床也得到模具制造商們的青睞昼牛，高速切削的本質(zhì)就是把刀具的行走的長度在短時間內(nèi)走完，由于其自身優(yōu)良的特性胶果，可以大幅度地提高加工效率，從而可以降低生產(chǎn)成本斤斧。高速CNC加工中心的轉(zhuǎn)速可達40000r/min早抠，但高速機的使用目前存在很多問題，首先是高速加工經(jīng)驗問題撬讽，很多編程人員在高速機面前不知道如何采用切削用量蕊连，對切削用量的認識，往往憑借的是經(jīng)驗和感覺游昼，而這些經(jīng)驗和感覺是在低速CNC機床積累的甘苍。所以，面對高速機時就找不到感覺了烘豌。其次還要考慮加工工件的材料和硬度载庭，材料越硬，切削用量相應取小值廊佩。所用刀具的性能也很重要囚聚，因為所選擇的刀具決定了能用的轉(zhuǎn)速，決定了機床的加工是普通加工還是高速加工。所以乃倔，只有選用了高速刀翎襟，才能給出相應的高速，進行高速加工镊僚。而不同公司的刀具參數(shù)也是大相徑庭的寿针，所以編程人員需要加工刀具的相關技術資料。和普通低速CNC機床相比镰钦，由于機床的功率是一定的径卜，主軸轉(zhuǎn)速越快，其所能承受的切削力將越小泛驰，所以高速機加工時域曼，吃刀量相應要小。只有將機床寺帽、刀具俱篡、加工材料、加工性質(zhì)等結合起來才能摸索出最佳的切削用量凸协，產(chǎn)生最佳的生產(chǎn)效率颤枪。

　　針對這種情況，經(jīng)權衡利弊后可采用以下的加工工藝：由于目前國內(nèi)適合重切削的機床很多淑际，加工費也便宜畏纲，刀具也便宜。而一般的工件加工量大春缕，精度要求不高盗胀。鑒于這種情況，可以用仿形銑或數(shù)控銑把大部分切削量完成（重切削）锄贼，剩下2～3mm的加工余量票灰，可把剩余的切削量在高速CNC雕刻機上快速完成。轉(zhuǎn)入高速切削后宅荤，因為加工對象已接近成形屑迂，所以第一刀的切削量很均勻，可采用進口的刀具冯键，刀具雖貴惹盼，但加工時間短，切削量不大惫确，所以性能價格比率很好诅鹰。對于小型模具，加工余量不大流沦，則可把全部的加工任務都在CNC電腦雕刻機上完成庐穴。

4 結束語

　　目前，數(shù)控技術的迅速發(fā)展，而CAD/CAM軟件的發(fā)展速度遠勝于機床的CNC的發(fā)展速度蝇硅，應用先進的Pro/ENGINEER榛蜻、MasterCAM等軟件進行CAD/CAM設計加工，各取所長翁漠，并將最終的CAM程序傳輸給電腦雕刻機執(zhí)行盅力，可將CNC雕刻和CNC數(shù)控加工有機地結合起來。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舆焕；而CNC雕刻機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按任，聯(lián)合加工策略的應用將使CNC雕刻成為模具加工不可缺少的加工手段，有著廣泛的應用前景棍详。

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