基于ArtCAM技術(shù)的數(shù)控雕銑加工的應(yīng)用

任忠先,宋海鋒,徐祝鵬,任常愚,辛宗生

(1．黑龍江工程學(xué)院 機電工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050;2.哈爾濱新中新電子有限公司，黑龍江 哈爾濱 150090;3.黑龍江科技大學(xué) 理學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150027)

基于ArtCAM技術(shù)的數(shù)控雕銑加工的應(yīng)用

任忠先1,宋海鋒2,徐祝鵬2,任常愚3,辛宗生1

(1．黑龍江工程學(xué)院 機電工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050;2.哈爾濱新中新電子有限公司，黑龍江 哈爾濱 150090;3.黑龍江科技大學(xué) 理學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150027)

為了實現(xiàn)利用ArtCAM軟件進行數(shù)控雕銑加工，結(jié)合ArtCAM 軟件和數(shù)控雕銑機進行位圖與矢量圖之間的格式轉(zhuǎn)換，分析并合理確定其加工工藝參數(shù)。結(jié)果表明,ArtCAM軟件可以方便有效地實現(xiàn)三維模型的雕刻加工，能夠充分地利用數(shù)控雕銑機的加工功能。

ArtCAM；矢量圖；三維立體模型；數(shù)字模型；數(shù)控雕銑機

隨著人們生活水平的不斷提高，人們對浮雕產(chǎn)品的需求在逐年增大。浮雕是雕刻技術(shù)與繪畫技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，傳統(tǒng)的浮雕一般采用手工加工，加工周期長，難度大，成本高，已經(jīng)很難滿足市場的需求。隨著CAD/CAM 技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，數(shù)控雕銑機已逐漸成為浮雕加工的首選設(shè)備[1]。

數(shù)控雕銑機是兼容傳統(tǒng)雕刻機和數(shù)控銑床功能的數(shù)控機床。傳統(tǒng)雕刻機是使用小刀具、大功率的高速主軸電機的數(shù)控機床。如果加工材料硬度比較大，加工余量很大的時候也會顯得力不從心。數(shù)控雕銑機可以通過更換不同直徑的刀具對復(fù)雜的三維模型進行粗加工和精雕加工。在加工余量較大的時候，可以換上大直徑的刀具，進行粗銑加工，發(fā)揮了數(shù)控銑床的功能。精細雕刻時可換上小直徑的平底尖刀進行加工，發(fā)揮了雕刻機的功能[2-3]。

為了充分發(fā)揮數(shù)控雕銑機的加工優(yōu)勢，本文結(jié)合ArtCAM軟件編程技術(shù)，對零件進行雕銑加工。ArtCAM軟件不僅能生成復(fù)雜的二維加工路徑，也可以建立更加復(fù)雜的三維立體模型，并生成復(fù)雜的三維浮雕加工路徑[4]。

1 模型的建立及加工路徑生成

ArtCAM具有強大的設(shè)計功能，是復(fù)雜的立體三維浮雕設(shè)計和加工的首選軟件。軟件可對矢量進行快速設(shè)計、編輯，用戶能根據(jù)個人的需要進行修改數(shù)據(jù)。對于二維表面加工，加工零件一般不需要建立三維模型。只要繪制出二維的矢量圖形，在相應(yīng)的軟件中自動生成加工指令就可以加工。三維立體表面加工，則需要建立三維模型。 ArtCAM 不僅可以采用矢量圖建立三維立體模型，還可以把原有的位圖，通過參數(shù)設(shè)置，轉(zhuǎn)化為復(fù)雜的三維數(shù)字模型。ArtCAM軟件能使雕銑加工更快捷和方便[5-6]。

根據(jù)建模的需要，要先對位圖進行處理，可以利用Photoshop或ArtCAM軟件自帶的位圖編輯功能，把圖形轉(zhuǎn)變?yōu)榛叶葓D。利用ArtCAM軟件“通過圖像產(chǎn)生模型”功能打開圖形，如果原圖很大，可以調(diào)整參數(shù)設(shè)置圖形大小。具體步驟是雙擊“ArtCAM軟件圖標”，點擊“通過圖像產(chǎn)生模型”，彈出對話框后在文件夾里調(diào)取圖像。然后根據(jù)ArtCAM軟件的指令，對圖像進行處理。全部處理結(jié)束，需要生成刀具路徑，刀具路徑是以G代碼的形式生成。把生成G代碼導(dǎo)入雕銑機的控制軟件，就可以完成加工。

2 加工實例

2.1 打開文件

本文以黑龍江工程學(xué)院校標為實例，結(jié)合ArtCAM軟件進行加工演示。加工機器采用自行設(shè)計和制造的小型數(shù)控雕銑機。雙擊ArtCAM快捷方式圖標打開軟件如圖1所示。

點擊通過圖像產(chǎn)生模型，選取校徽分辨率300 dpi這個文件打開。原圖很大，可以根據(jù)自己的需要調(diào)整尺寸，在示例中將尺寸調(diào)整為100 mm×100 mm，浮雕高度定位1.6 mm(見圖2)。因為是圓形，把圖像的圓心作為工件坐標系X，Y方向的原點。設(shè)置完成后點擊“接受”進入下一個界面[7]。

圖1 打開軟件

圖2 調(diào)整尺寸

2.2 模型參數(shù)設(shè)置及生成刀路文件

校標灰度圖在窗口中以2D模式顯示(見圖3)，點擊3D模式查看(見圖4)，并可對圖形進行編輯，利用光順的功能對圖形進行光順，通過光順功能可以使雕刻表面更光潔，但光順次數(shù)不要太多，以免失去細節(jié)。點擊“刀具路徑”進入刀具路徑設(shè)置頁面，浮雕是三維的，要用到三維刀具路徑設(shè)置。

圖3 2D模式

圖4 3D模式

在刀具路徑設(shè)置里，對加工方式進行選擇，因為示例是圓形，選擇螺旋加工模式比較合適。然后要對材料和刀具進行設(shè)置，材料厚度設(shè)置為5 mm(見圖5)，材料上表面定位工件坐標系Z軸方向零點[8-9]。刀具參數(shù)的設(shè)置非常重要，它決定產(chǎn)品最后的加工質(zhì)量。本示例中選擇直徑為3.175 mm，半角為15°，平底半徑為0.1 mm的平底刻刀。因為刀具平底直徑為0.2 mm，為了提高表面加工質(zhì)量，加工的行距設(shè)置為0.07 mm，主軸轉(zhuǎn)速設(shè)置為24 000 r/min，進給速度設(shè)置為1 500 mm/min。全部設(shè)置完，生成刀具路徑(見圖6)。

2.3 樣品加工

產(chǎn)品加工精度不僅和模型設(shè)計的質(zhì)量有關(guān)，同時和機床參數(shù)設(shè)置也有很大關(guān)系。本文所使用雕銑機的控制軟件采用的是Mach3控制軟件，Mach3 控制軟件是由美國ArtSoft公司開發(fā)的以Windows為平臺的開放式數(shù)控系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)使用電腦的LPT或USB端口為CNC設(shè)備輸入、輸出脈沖與方向信號，控制步進電機或伺服電機驅(qū)動器。Mach3控制系統(tǒng)能實現(xiàn)5軸聯(lián)動，完成復(fù)雜零件高精度加工，最高控制精度可達到0.000 1 mm[10]。

圖5 設(shè)置材料厚度

圖6 生成路徑

打開控制軟件，導(dǎo)入已經(jīng)保存的刀路文件(見圖7)。計算機自動生成的刀路也可能存在個別的問題，需要人工進行修改。在加工前，可以通過控制軟件的“編輯G代碼”的指令對文件進行編輯和修改[11-13]。經(jīng)過檢查確認沒有問題后，機床回機床參考點并對刀。因為在刀具路徑設(shè)置里采用的螺旋加工方式，工件尺寸采用104 mm×104 mm正方形硬木作為加工原材料，那么加工的工件原點一定要定在工件的中心。然后點擊界面的“循環(huán)加工指令”，機床就開始自動加工。最終加工的效果如圖8所示[14-15]。

3 結(jié)束語

目前三維加工路徑生成的軟件很多，例如UG、JDPaint等。本文結(jié)合了自己設(shè)計的小型雕銑機和ArtCAM軟件的一些使用技巧，完成了校標的實際加工。數(shù)控加工是一門理論和實踐結(jié)合性很強的課程，只懂得數(shù)控加工工藝而不掌握相應(yīng)的數(shù)控加工軟件的使用，無法加工出高質(zhì)量的產(chǎn)品。只有二者結(jié)合，同時不斷通過加工實踐，才能完成好的作品。

圖7 導(dǎo)入加工文件

圖8 加工樣品

[1] 汪全友,毛毛.ArtCAM相對于數(shù)控雕銑加工技術(shù)的實際應(yīng)用[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2014(23):19-23.

[2] 鐘福洪.浮雕與裝飾藝術(shù)[J]. 景德鎮(zhèn)陶瓷, 2011(6):10-12.

[3] 吳苗苗. 基于UG軟件的雕銑機加工方向探討[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2016(3):42-43.

[4] 陳祥林，郭秀華. Art CAM 在浮雕加工中的應(yīng)用研究[J].機械設(shè)計與制造, 2012(9):93-95.

[5] 陳光明. 基于數(shù)控加工的工藝設(shè)計原則及方法研究[J]. 制造業(yè)自動化,2005,27(9):54-59.

[6] 燕紅波,楊慶東,劉芳.五軸聯(lián)動的數(shù)控加工技術(shù)的研究及應(yīng)用[J].機械工程師,2007(5):120-121.

[7] 沈長生,郭旭紅.基于ArtCAM 軟件的浮雕設(shè)計[J].制造技術(shù)與機床,2012(2):32-34.

[8] 袁驚滔.基于MASTERCAM和ArtCAM的圖片三維造型與加工[J].航空精密制造技術(shù),2015,51(3):57-59.

[9] 惲志東.基于Mastercam Art的浮雕設(shè)計與數(shù)控加工[J].工具技術(shù),2009(2):79-82.

[10] 楊興民.基于Art CAM 的福娃造型設(shè)計及加工工藝[J].金屬加工,2009(18):72-74.

[11] 李淵志.CNC 雕刻機操作技能[M].北京:中國勞動社會保障出版社,2008.

[12] 紀玉坤.基于UG的五軸數(shù)控加工NC代碼仿真[D].大連:大連理工大學(xué)，2005.

[13] 何滿才.MastcamX基礎(chǔ)教程[M].北京:人民郵電出版社,2006.

[14] 魏國梁,李振加,張慧萍,等.橢球面數(shù)控車削方法的探討[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)報),2008,22(1):8-11.

[15] 華茂發(fā).數(shù)控機床加工工藝[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000.

[責(zé)任編輯：劉文霞]

Application of CNC engraving and milling based on ArtCAM technology

REN Zhongxian1, SONG Haifeng2，XU Zhupeng2，REN Changyu3，XIN Zongsheng1

(1.College of Electromechanical Engineering, Heilongjiang Institute of Technology, Harbin 150050，China；2. Harbin Xinzhongxin Electronics Co., Ltd. Harbin 150090，China；3. College of Science, Heilongjiang University of Science and Technology, Harbin 150027，China)

In order to achieve the use of ArtCAM software for CNC engraving and milling processing, this paper proposes a format conversion between bitmap and vector diagram, and analyzes and determines its parameters and reasonability，through the combination of ArtCAM software and CNC engraving and milling machine. The results show that the ArtCAM software can be easily and effectively applied to the engraving process for 3D model, in which the processing function of CNC engraving and milling machine is fully utilized.

ArtCAM; vector graphics; three-dimensional model; digital model; CNC engraving and milling machine

10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2016.06.006

2016-07-19

黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究資助項目(12531560)

任忠先(1972-)，男，講師，碩士，研究方向：機械加工；數(shù)控技術(shù).

TP399

A

1671-4679(2016)06-0024-05