CNC电脑雕刻机及其与数控铣床和加工中心的联合应用策略（一）

狂人

　　雕刻加工是饱含着人类高智能和高技能的工匠型劳动，当代雕刻制造技术正经历着从手工雕刻向CNC雕刻的变革。本文较为详尽地讲述了CNC电脑雕刻机和数控铣、加工中心的机器结构、控制系统、应用软件等方面的关系，并介绍了运用MasterCAM等软件进行CAM编程，在电脑雕刻机加工模具型芯的工艺。
) v  Z- o9 P0 j3 w% @　　CNC电脑雕刻机最近几年在国内有较大的发展，在国外很早就有雕铣机的名词(CNC Engraving And Milling Machine)。严格地讲，雕是铣的一部分，传统的数控铣床、CNC加工中心功率大，加工效率高，机床稳定性较好，但加工铜、铝等软质材料时存在着加工表面光洁度低、加工效率不高等缺点，而高速CNC加工中心虽然可以克服以上的缺点，但价格昂贵，一般的厂家难以承受。和传统的CNC数控设备相比，CNC电脑雕刻机有着转速高、加工软质材料效率高、表面光洁度高、性价比高等优点。
2 I, [7 {6 C# b/ H1 q, I  L7 s　　一、CNC电脑雕刻机与数控铣、加工中心的对比
& `: a7 y& p0 ^$ G# U. V　　1.机械部分
　　通用机床的机械一般都分为两个部分：即移动部分和非移动部分，工作台，主轴滑板等为移动部分，床身、底座，立柱等为非移动部分。
　　(1)数控铣、CNC加工中心
  }0 t7 {: W) W; `& n6 ?　　数控铣、CNC加工中心的非移动部分和移动部分刚性都要求非常高，因此能进行重切削。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。
7 ]5 _0 i  D  z+ C/ ~$ }, N　　(2)CNC电脑雕铣机
　　雕铣机的非移动部分刚性要求也要尽可能地好，而移动部分的刚性则要以灵活为前题，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CNC电脑雕刻机就可以进行比较细小的精加工，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。所以如何从机械结构上解决移动部分重量又轻、刚性又好的矛盾，关键在于机械结构上的功夫。这里可采用以下的方法：
　　1)设计采用超宽的立柱和横梁，因为龙门式的结构有极好的对称性和极佳的刚性，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，确保高刚性，高精度及高动态特性。机床的横梁可采用倾斜30度结构，使主轴鞍座的的重心向后方移动，并且使得横梁的导轨间距尽量加大，如此大大提高主轴的稳定性和刚性。由于立柱的质量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而成，采用高低筋配合的网状箱型架构，或直接采用蜂巢的相接的内六角网状结构，底座必须有一定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，全行程范围内完全支撑立柱，使加工产生的变形量最小。
4 [6 c' X/ G% M2 o) _! I; r& o( U　　3)对于移动部分有与数控铣显著的不同之处是加宽了很多导轨与导轨之间的距离，以克服不良力矩的问题。
1 @6 ^: U" r- g1 I  g! s6 d8 N　　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，以及加强连接部分刚性，最后，为了适应高速和负荷切削的双重要求，X/Y/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，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，节省用户的维护保养费用。
5 L7 m4 d) }' j8 u, A& L4 b　　5)对于数控铣和CNC加工中心，因为要求输出低转速大扭矩，所以一定需要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CNC加工中心的最高转速6000r/min，所以不大可能用很小半径的刀具。但对于CNC雕刻机来说，主轴通常在2～3万r/min才可工作，回转精度一般2μ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，且主轴的固定板一般都采用合金铝等轻质材料。对于高速切削设备来讲，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，主轴功率要在7.5～8kW以上，转速要超过25000r/min。
　　2.数控部分
! x. O! a/ i- ^- k5 M7 G+ r  @　　数控铣、CNC加工中心对数控系统要求速度一般，主轴转速0～6000r/min左右。而雕铣机要求高速的数控系统以及极好的伺服电机特性，主轴转速3000～40000r/min左右。现在的高速数控系统，操作平台一般为Windows、其性能都有很大提高，不仅加工高速、平稳，而且可与国内外各种雕刻机、加工中心兼容使用编程软件，直接支持MasterCAM等多种CAD/CAM软件生成的G代码。数控系统同时具有如下功能：
7 C3 h. Y+ v. S2 I3 @/ i　　(1)自动对刀功能：自动寻中心、边角、深度。精度极高，解决模具找正的难题。
- H" ]$ w. o* j, H2 }( Y8 H　　(2)自动/手动加工：支持ISO标准的G指令，也支持通过机床输入设备，如手持设备等操纵机床，同时内嵌地支持通过计算机输入设备，如键盘、鼠标完成手动操作。
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