Abstract:There exist respective advantages in mechanism machining for CNC engraving machine, numerical control milling machine and processing center. It is a wise choice without fail to combine CNC engraving with numerical control milling machine, to exert fully in respective advantages and to learn from other’s strong points to offset one’s weakness each other. Based on comparison of advantages and disadvantages, the paper discussed a sort of combining machining strategy based on compounding application CNC engraving with numerical control milling machine.
Key Words: CNC engraving Numerical control milling machine Combining machining strategy
[中圖分類號] TP273 [文獻標識碼]B 文章編號

1 引 言
CNC雕刻機最近幾年在國內有較大的發展，在國外早就有了雕銑機（CNC Engraving And Milling Machine）。確切地說
，雕是銑的一部分
，傳統的數控銑床
、CNC加工中心功率大，加工效率高，機床穩定性較好，但加工銅、鋁等軟質材料時存在著加工表麵光潔度低、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
，但價格昂貴
，一般的廠家難以承受。和傳統的CNC數控設備相比，CNC電腦雕刻機有著轉速高、加工軟質材料效率高
、表麵光潔度高、性價比高等優點，雕刻加工是飽含著人類高智能和高技能的工匠型勞動，當代雕刻製造技術正經曆著從手工雕刻向CNC雕刻的變革。將CNC雕刻和數控銑相結合
，充分發揮各自的優勢，相互取長補短無疑是一種明智的選擇

，這就是CNC雕刻與數控銑床的聯合加工策略
，以下對相關技術關鍵略作討論。　　

2 CNC電腦雕刻及數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：工作台，主軸滑板等為移動部分；床身、底座，立柱等為非移動部分。
(1) 數控銑、CNC加工中心
對數控銑與CNC加jia工gong中zhong心xin的de非fei移yi動dong部bu分fen和he移yi動dong部bu分fen剛gang性xing要yao求qiu高gao，因yin此ci能neng進jin行xing重zhong切qie削xue。但dan由you於yu移yi動dong部bu分fen同tong樣yang龐pang大da

，犧xi牲sheng了le機ji床chuang靈ling活huo性xing
，對dui於yu細xi小xiao的de切qie削xue和he快kuai速su進jin給gei就jiu顯xian得de力li不bu從cong心xin。
(2) CNC雕銑機
　　雕(diao)銑(xi)機(ji)的(de)非(fei)移(yi)動(dong)部(bu)分(fen)剛(gang)性(xing)要(yao)求(qiu)也(ye)要(yao)盡(jin)可(ke)能(neng)地(di)好(hao)，而(er)移(yi)動(dong)部(bu)分(fen)的(de)剛(gang)性(xing)則(ze)要(yao)以(yi)靈(ling)活(huo)為(wei)前(qian)題(ti)，要(yao)設(she)計(ji)得(de)盡(jin)可(ke)能(neng)地(di)輕(qing)巧(qiao)一(yi)些(xie)，同(tong)時(shi)保(bao)持(chi)一(yi)定(ding)的(de)剛(gang)性(xing)。如(ru)此(ci)設(she)計(ji)的(de)CNC雕diao刻ke機ji就jiu可ke以yi進jin行xing比bi較jiao細xi小xiao的de精jing加jia工gong，加jia工gong精jing度du較jiao高gao，對dui於yu軟ruan金jin屬shu可ke以yi進jin行xing高gao速su加jia工gong
，但dan由you於yu移yi動dong部bu分fen的de剛gang性xing較jiao差cha
，所suo以yi不bu可ke能neng進jin行xing重zhong切qie削xue。如ru何he從cong機ji械xie結jie構gou上shang解jie決jue移yi動dong部bu分fen重zhong量liang輕qing、剛性又好的矛盾，其關鍵在於機械結構設計
，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，它是高速切削設備的首選結構。與傳統的C型xing床chuang身shen結jie構gou相xiang比bi，龍long門men架jia形xing式shi的de床chuang身shen剛gang性xing較jiao高gao
，受shou力li平ping均jun，工gong件jian隻zhi在zai一yi個ge軸zhou向xiang移yi動dong，各ge運yun動dong軸zhou及ji相xiang對dui慣guan性xing低di，設she計ji緊jin湊cou精jing密mi，可ke確que保bao高gao剛gang性xing，高gao精jing度du及ji高gao動dong態tai特te性xing。機ji床chuang的de橫heng梁liang可ke采cai用yong傾qing斜xie30dujiegou，shizhuzhouanzuodedezhongxinxianghoufangyidong，bingqieshihengliangdedaoguijianjujinliangjiada
，rucikedadatigaozhuzhoudewendingxinghegangxing。youyulizhudezhiliangyuanyuandayuzhuzhoudengyidongbujiandezhiliang，suoyiweijichuangdegaosuyundonghezhuzhoudegaosuyunzhuanjifuheqiexuetigonglejianshidebaozhang。
2) 底di座zuo采cai用yong鑄zhu鐵tie整zheng體ti鑄zhu造zao
，采cai用yong高gao低di筋jin配pei合he的de網wang狀zhuang箱xiang型xing架jia構gou，或huo直zhi接jie采cai用yong蜂feng巢chao相xiang接jie的de內nei六liu角jiao網wang狀zhuang結jie構gou，確que保bao底di座zuo有you足zu夠gou的de重zhong量liang以yi增zeng加jia機ji床chuang的de穩wen定ding性xing
，如ru此ci高gao剛gang性xing的de底di座zuo設she計ji可ke確que保bao對dui固gu定ding工gong作zuo台tai和he立li柱zhu以yi及ji鞍an座zuo、主軸等移動部件的剛性支持

，使機床動態加工的穩定性最好，全行程範圍內完全支撐立柱，使加工產生的變形量最小。
3) 其移動部分與數控銑顯著的不同之處在於加寬了導軌與導軌之間的距離，以克服不良力矩的影響。
4) 由於機床的剛性主要用於克服移動部分在高速移動時對非移動部分的強大衝擊
，所以導軌、絲杆要求粗一些，以及加強連接部分的剛性。最後，為了適應高速和負荷切削的雙重要求

，X/Y/Z三軸都采用伺服電機加高精度彈性聯軸節連接高精度滾珠絲杠副
，所有導軌和絲杠均采用高等級低摩擦係數、gaocuiyingcengdeyouzhichanpin，zheyangjibaozhenglezhongzaixiajichuangdegangxing
，youbaozhenglegaosuyundongdejingdu，quebaojichuangzaichangqilianxugaosujiagongzhuangtaixiadedimosunhejingdubaochixing，kejieshengyonghudeweihubaoyangfeiyong。
5) 對數控銑和CNC加工中心，因為要求輸出低轉速大扭矩
，需要采用主軸變速箱的減速比來提升扭力，所以轉速低是不可避免的
，一般數控銑和CNC加工中心的最高轉速6000r/min，不大可能用很小半徑的刀具。但對於CNC雕刻機來說，主軸通常在20000～30000r/min才可工作
，回轉精度一般2μ左(zuo)右(you)
，不(bu)然(ran)斷(duan)刀(dao)現(xian)象(xiang)會(hui)很(hen)嚴(yan)重(zhong)
，所(suo)以(yi)一(yi)定(ding)要(yao)用(yong)電(dian)主(zhu)軸(zhou)或(huo)氣(qi)動(dong)主(zhu)軸(zhou)，即(ji)電(dian)機(ji)和(he)主(zhu)軸(zhou)是(shi)一(yi)體(ti)的(de)，且(qie)主(zhu)軸(zhou)的(de)固(gu)定(ding)板(ban)一(yi)般(ban)都(dou)采(cai)用(yong)合(he)金(jin)鋁(lv)等(deng)輕(qing)質(zhi)材(cai)料(liao)。對(dui)於(yu)高(gao)速(su)切(qie)削(xue)設(she)備(bei)來(lai)講(jiang)，要(yao)求(qiu)內(nei)藏(zang)式(shi)電(dian)主(zhu)軸(zhou)，而(er)且(qie)在(zai)低(di)轉(zhuan)速(su)時(shi)也(ye)要(yao)用(yong)一(yi)定(ding)的(de)扭(niu)矩(ju)，要(yao)有(you)油(you)水(shui)冷(leng)卻(que)機(ji)來(lai)保(bao)持(chi)主(zhu)軸(zhou)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)恒(heng)定(ding)，主(zhu)軸(zhou)功(gong)率(lv)要(yao)在(zai)7.5～8kW以上，轉速要超過25000r/min。

2.2數控係統
　　數控銑與CNC加工中心對數控係統要求速度一般，主軸轉速0～6000r/min左右。而雕銑機要求高速的數控係統以及極好的伺服電機特性，主軸轉速3000～40000r/min左右。直接支持MasterCAM等多種CAD/CAM軟件生成的G代碼。數控係統同時具有如下功能：
(1) 自動對刀功能：自動尋中心
、邊角、深度，精度極高，解決模具找正的難題
；
(2) 自動/手動加工：支持 ISO標準的G指令；
(3) 增量進給和進給倍率在線調整功能：該操作可以精確設定進給速度；
(4) 用戶數據輸入（MDI）功能：用戶可以在線輸A G指令並立即執行；
(5) 單步模式：用戶可以把要執行的加工任務設置為單步模式；
(6) 高速平滑速度連接特性：zishiyingdijuedingdangqianzhilingyuxiayitiaozhilingjiandexianjiesudu。bujindadatigaolejiagongxiaolv，erqiegaishanlejiagongxingneng，kexiaochuliuzaijiagongbiaomiandesudujiedaohen；
(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ke以yi對dui加jia工gong程cheng序xu進jin行xing快kuai速su仿fang真zhen加jia工gong，能neng在zai極ji短duan的de時shi間jian內nei完wan成cheng
，同tong時shi檢jian查zha加jia工gong程cheng序xu是shi否fou出chu錯cuo
，加jia工gong結jie果guo是shi否fou滿man意yi，並bing能neng準zhun確que地di計ji算suan出chu實shi際ji加jia工gong所suo需xu要yao的de時shi間jian。

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建、編輯
、排版功能，精確繪圖和藝術繪圖功能
，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，字型和尺寸任意調整、編輯；強大的節點編修功能
，可以快速隨意地修整輪廓的局部形狀。
(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生三維模型的強大功能，由二維曲線構造強烈藝術效果的藝術浮雕、複雜曲麵，並將藝術浮雕與曲麵造型完美結合，使之產生形態複雜的雕刻產品。還可直接輸出二維、三維刀具路徑，刀具路徑中提供了粗加工、半精加工、精加工及刀具路徑的仿真等功能。
(3) 強大的CAD造型設計
CAD/CAM模具設計與製造軟件是目前機械加工行業廣為使用且相當成功的軟件，不僅具有精確繪製二維和三維圖形的功能，還可由此產生曲麵、實體模型等強大功能，而且具有對圖形、曲麵、實體模型直接編製刀具路徑
，通過模擬刀具路徑驗證NC程序，由計算機輸入CNC雕刻機和數控機床完成工件加工的強大功能。
(4) 方便的數據交換功能
軟件之間可直接進行二、三維數據的轉化。CNC雕刻機與CNC加工中心和數控銑一樣，其加工基礎是計算機輔助設計數據
，這是雕刻CAD功能的關鍵所在。目前國內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，數控銑、CNC加工中心和CNC雕刻機都可以使用標準的CAD/CAM軟件，CAD/CAM軟件先進行產品的3D圖(tu)形(xing)設(she)計(ji)

，然(ran)後(hou)根(gen)據(ju)產(chan)品(pin)的(de)特(te)點(dian)設(she)計(ji)擬(ni)定(ding)數(shu)控(kong)加(jia)工(gong)工(gong)藝(yi)
，輸(shu)入(ru)加(jia)工(gong)參(can)數(shu)
，生(sheng)成(cheng)刀(dao)具(ju)路(lu)徑(jing)，再(zai)生(sheng)成(cheng)加(jia)工(gong)程(cheng)序(xu)並(bing)輸(shu)送(song)到(dao)數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)的(de)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)自(zi)動(dong)化(hua)加(jia)工(gong)。CNC四軸電腦雕刻機如圖1所示。


圖1 CNC四軸電腦雕刻機

2.4 刀庫自動換刀和全自動對刀
　　加(jia)工(gong)中(zhong)心(xin)是(shi)為(wei)了(le)完(wan)成(cheng)多(duo)種(zhong)工(gong)序(xu)於(yu)自(zi)動(dong)狀(zhuang)態(tai)的(de)數(shu)控(kong)設(she)備(bei)，主(zhu)要(yao)用(yong)於(yu)一(yi)些(xie)固(gu)定(ding)的(de)大(da)批(pi)量(liang)的(de)生(sheng)產(chan)作(zuo)業(ye)。但(dan)對(dui)於(yu)模(mo)具(ju)行(xing)業(ye)和(he)小(xiao)批(pi)量(liang)生(sheng)產(chan)單(dan)位(wei)
，千(qian)萬(wan)不(bu)要(yao)動(dong)不(bu)動(dong)就(jiu)上(shang)加(jia)工(gong)中(zhong)心(xin)
，很(hen)多(duo)廠(chang)家(jia)買(mai)加(jia)工(gong)中(zhong)心(xin)當(dang)數(shu)控(kong)銑(xi)來(lai)使(shi)用(yong)。使(shi)用(yong)刀(dao)庫(ku)對(dui)數(shu)控(kong)係(xi)統(tong)來(lai)講(jiang)很(hen)簡(jian)單(dan)
，但(dan)主(zhu)軸(zhou)和(he)刀(dao)庫(ku)
、空壓機以及各種刀柄等會增加成本，而且編程、調整刀庫也要花費相應的時間。所以
，對於生產同一品種而工件數量少的加工盡量不要使用加工中心，因為成本高、效率低。可使用全自動對刀係統，刀往上一裝，一個按鈕，機床自動對刀，直接加工，誤差在0.001～0.0003mm內(nei)
，與(yu)自(zi)動(dong)換(huan)時(shi)間(jian)相(xiang)比(bi)，慢(man)不(bu)了(le)很(hen)多(duo)。如(ru)果(guo)是(shi)加(jia)工(gong)中(zhong)心(xin)，但(dan)無(wu)自(zi)動(dong)對(dui)刀(dao)裝(zhuang)置(zhi)的(de)機(ji)床(chuang)與(yu)不(bu)帶(dai)刀(dao)庫(ku)，但(dan)有(you)自(zi)動(dong)對(dui)刀(dao)裝(zhuang)置(zhi)的(de)機(ji)床(chuang)相(xiang)比(bi)，實(shi)踐(jian)中(zhong)的(de)效(xiao)率(lv)後(hou)者(zhe)遠(yuan)高(gao)於(yu)前(qian)者(zhe)。對(dui)於(yu)國(guo)內(nei)的(de)製(zhi)造(zao)業(ye)，特(te)別(bie)是(shi)模(mo)具(ju)生(sheng)產(chan)企(qi)業(ye)來(lai)說(shuo)，一(yi)般(ban)都(dou)是(shi)單(dan)件(jian)生(sheng)產(chan)


，而(er)且(qie)勞(lao)動(dong)力(li)資(zi)源(yuan)充(chong)足(zu)
，所(suo)以(yi)，對(dui)於(yu)小(xiao)批(pi)量(liang)工(gong)業(ye)零(ling)件(jian)的(de)加(jia)工(gong)，要(yao)充(chong)分(fen)考(kao)慮(lv)資(zi)金(jin)的(de)利(li)用(yong)價(jia)值(zhi)，不(bu)要(yao)動(dong)輒(zhe)采(cai)用(yong)加(jia)工(gong)中(zhong)心(xin)設(she)備(bei)
，更(geng)何(he)況(kuang)國(guo)內(nei)廠(chang)家(jia)的(de)刀(dao)庫(ku)係(xi)統(tong)還(hai)存(cun)在(zai)不(bu)少(shao)問(wen)題(ti)，圖(tu)2為某加工中心視圖。


圖2 加工中心

3 聯合加工策略的應用
　　隨著生產水平的不斷提高
，CNCgaosujichuangyededaomojuzhizaoshangmendeqinglai，gaosuqiexuedebenzhijiushibadaojudexingzoudechangduzaiduanshijianneizouwan，youyuqizishenyouliangdetexing
，keyidafududitigaojiagongxiaolv，congerkeyijiangdishengchanchengben。gaosuCNC加工中心的轉速可達40000r/min，但(dan)高(gao)速(su)機(ji)的(de)使(shi)用(yong)目(mu)前(qian)存(cun)在(zai)很(hen)多(duo)問(wen)題(ti)，首(shou)先(xian)是(shi)高(gao)速(su)加(jia)工(gong)經(jing)驗(yan)問(wen)題(ti)，很(hen)多(duo)編(bian)程(cheng)人(ren)員(yuan)在(zai)高(gao)速(su)機(ji)麵(mian)前(qian)不(bu)知(zhi)道(dao)如(ru)何(he)采(cai)用(yong)切(qie)削(xue)用(yong)量(liang)
，對(dui)切(qie)削(xue)用(yong)量(liang)的(de)認(ren)識(shi)，往(wang)往(wang)憑(ping)借(jie)的(de)是(shi)經(jing)驗(yan)和(he)感(gan)覺(jiao)，而(er)這(zhe)些(xie)經(jing)驗(yan)和(he)感(gan)覺(jiao)是(shi)在(zai)低(di)速(su)CNC機ji床chuang積ji累lei的de。所suo以yi
，麵mian對dui高gao速su機ji時shi就jiu找zhao不bu到dao感gan覺jiao了le。其qi次ci還hai要yao考kao慮lv加jia工gong工gong件jian的de材cai料liao和he硬ying度du，材cai料liao越yue硬ying
，切qie削xue用yong量liang相xiang應ying取qu小xiao值zhi。所suo用yong刀dao具ju的de性xing能neng也ye很hen重zhong要yao，因yin為wei所suo選xuan擇ze的de刀dao具ju決jue定ding了le能neng用yong的de轉zhuan速su，決jue定ding了le機ji床chuang的de加jia工gong是shi普pu通tong加jia工gong還hai是shi高gao速su加jia工gong。所suo以yi，隻zhi有you選xuan用yong了le高gao速su刀dao，才cai能neng給gei出chu相xiang應ying的de高gao速su，進jin行xing高gao速su加jia工gong。而er不bu同tong公gong司si的de刀dao具ju參can數shu也ye是shi大da相xiang徑jing庭ting的de
，所suo以yi編bian程cheng人ren員yuan需xu要yao加jia工gong刀dao具ju的de相xiang關guan技ji術shu資zi料liao。和he普pu通tong低di速suCNC機床相比，由於機床的功率是一定的
，主軸轉速越快
，其所能承受的切削力將越小，所以高速機加工時，吃刀量相應要小。隻有將機床、刀具、加工材料、加工性質等結合起來才能摸索出最佳的切削用量，產生最佳的生產效率。
　　針對這種情況

，經權衡利弊後可采用以下的加工工藝：由you於yu目mu前qian國guo內nei適shi合he重zhong切qie削xue的de機ji床chuang很hen多duo，加jia工gong費fei也ye便bian宜yi，刀dao具ju也ye便bian宜yi。而er一yi般ban的de工gong件jian加jia工gong量liang大da，精jing度du要yao求qiu不bu高gao。鑒jian於yu這zhe種zhong情qing況kuang，可ke以yi用yong仿fang形xing銑xi或huo數shu控kong銑xi把ba大da部bu分fen切qie削xue量liang完wan成cheng（重切削），剩下2～3mm的加工餘量，可把剩餘的切削量在高速CNCdiaokejishangkuaisuwancheng。zhuanrugaosuqiexuehou，yinweijiagongduixiangyijiejinchengxing
，suoyidiyidaodeqiexuelianghenjunyun
，kecaiyongjinkoudedaoju，daojusuigui，danjiagongshijianduan
，qiexueliangbuda

，suoyixingnengjiagebilvhenhao。duiyuxiaoxingmoju，jiagongyuliangbuda，zekebaquanbudejiagongrenwudouzaiCNC電腦雕刻機上完成。

4 結束語
目前，數控技術的迅速發展
，而CAD/CAM軟件的發展速度遠勝於機床的CNC的發展速度，應用先進的Pro/ENGINEER、MasterCAM等軟件進行CAD/CAM設計加工，各取所長，並將最終的CAM程序傳輸給電腦雕刻機執行
，可將CNC雕刻和CNC數控加工有機地結合起來。數控銑和CNC加工中心主要用於完成較大銑削量的工件的加工
；而CNC雕刻機主要用於完成銑削量較小而且工件有較高的表麵光潔度或軟金屬的加工，聯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。

參考文獻[略]

作者簡介
李文建 男 現供職於中達電通伺服產品處。