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CNCjiagongzhongxindefeiyidongbufenheyidongbufengangxingyaoqiugao，yincinengjinxingzhongqiexue。danyouyuyidongbufentongyangpangda
，xishenglejichuanglinghuoxing，duiyuxixiaodeqiexuehekuaisujingeijiuxiandelibucongxin。
(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deCNC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(xie)30度du結jie構gou，使shi主zhu軸zhou鞍an座zuo的de的de重zhong心xin向xiang後hou方fang移yi動dong，並bing且qie使shi橫heng梁liang的de導dao軌gui間jian距ju盡jin量liang加jia大da，如ru此ci可ke大da大da提ti高gao主zhu軸zhou的de穩wen定ding性xing和he剛gang性xing。由you於yu立li柱zhu的de質zhi量liang遠yuan遠yuan大da於yu主zhu軸zhou等deng移yi動dong部bu件jian的de質zhi量liang，所suo以yi為wei機ji床chuang的de高gao速su運yun動dong和he主zhu軸zhou的de高gao速su運yun轉zhuan及ji負fu荷he切qie削xue提ti供gong了le堅jian實shi的de保bao障zhang。
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
、高gao淬cui硬ying層ceng的de優you質zhi產chan品pin
，這zhe樣yang既ji保bao證zheng了le重zhong載zai下xia機ji床chuang的de剛gang性xing，又you保bao證zheng了le高gao速su運yun動dong的de精jing度du，確que保bao機ji床chuang在zai長chang期qi連lian續xu高gao速su加jia工gong狀zhuang態tai下xia的de低di磨mo損sun和he精jing度du保bao持chi性xing，可ke節jie省sheng用yong戶hu的de維wei護hu保bao養yang費fei用yong。
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zai7.5～8kW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：自(zi)適(shi)應(ying)地(di)決(jue)定(ding)當(dang)前(qian)指(zhi)令(ling)與(yu)下(xia)一(yi)條(tiao)指(zhi)令(ling)間(jian)的(de)銜(xian)接(jie)速(su)度(du)。不(bu)僅(jin)大(da)大(da)提(ti)高(gao)了(le)加(jia)工(gong)效(xiao)率(lv)，而(er)且(qie)改(gai)善(shan)了(le)加(jia)工(gong)性(xing)能(neng)，可(ke)消(xiao)除(chu)留(liu)在(zai)加(jia)工(gong)表(biao)麵(mian)的(de)速(su)度(du)接(jie)刀(dao)痕(hen)；
(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：keyiduijiagongchengxujinxingkuaisufangzhenjiagong，nengzaijiduandeshijianneiwancheng，tongshijianzhajiagongchengxushifouchucuo，jiagongjieguoshifoumanyi，bingnengzhunquedijisuanchushijijiagongsuoxuyaodeshijian。
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0.001～0.0003mmnei，yuzidonghuanshijianxiangbi，manbulehenduo。ruguoshijiagongzhongxin，danwuzidongduidaozhuangzhidejichuangyubudaidaoku，danyouzidongduidaozhuangzhidejichuangxiangbi，shijianzhongdexiaolvhouzheyuangaoyuqianzhe。duiyuguoneidezhizaoye
，tebieshimojushengchanqiyelaishuo，yibandoushidanjianshengchan
，erqielaodongliziyuanchongzu
，suoyi

，duiyuxiaopilianggongyelingjiandejiagong，yaochongfenkaolvzijindeliyongjiazhi，buyaodongzhecaiyongjiagongzhongxinshebei
，genghekuangguoneichangjiadedaokuxitonghaicunzaibushaowenti
，tu2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，CNC高gao速su機ji床chuang也ye得de到dao模mo具ju製zhi造zao商shang們men的de青qing睞lai，高gao速su切qie削xue的de本ben質zhi就jiu是shi把ba刀dao具ju的de行xing走zou的de長chang度du在zai短duan時shi間jian內nei走zou完wan，由you於yu其qi自zi身shen優you良liang的de特te性xing
，可ke以yi大da幅fu度du地di提ti高gao加jia工gong效xiao率lv，從cong而er可ke以yi降jiang低di生sheng產chan成cheng本ben。高gao速suCNC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(su)CNC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CNC雕diao刻ke機ji上shang快kuai速su完wan成cheng。轉zhuan入ru高gao速su切qie削xue後hou，因yin為wei加jia工gong對dui象xiang已yi接jie近jin成cheng形xing，所suo以yi第di一yi刀dao的de切qie削xue量liang很hen均jun勻yun，可ke采cai用yong進jin口kou的de刀dao具ju，刀dao具ju雖sui貴gui，但dan加jia工gong時shi間jian短duan

，切qie削xue量liang不bu大da，所suo以yi性xing能neng價jia格ge比bi率lv很hen好hao。對dui於yu小xiao型xing模mo具ju，加jia工gong餘yu量liang不bu大da，則ze可ke把ba全quan部bu的de加jia工gong任ren務wu都dou在zaiCNC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。