精雕加工工艺

精雕技术加工工艺宁海县高级职业技术中心学校-1-前言精雕技术加工工艺宁海县高级职业技术中心学校-2-精雕技术加工工艺宁海职教中心褚孔茂精雕技术加工工艺宁海县高级职业技术中心学校-3-第一部分基础知识第一节加工理论一、高速铣削普通铣削加工采用低的进给速度和大的切削参数，而高速铣削加工则采用高的进给速度和小的切削参数，高速铣削加工相对于普通铣削加工具有如下特点：（1）高效高速铣削的主轴转速一般为15000r/min～40000r/min，最高可达100000r/min。在切削钢时，其切削速度约为400m/min，比传统的铣削加工高5～10倍；在加工模具型腔时与传统的加工方法(传统铣削、电火花成形加工等)相比其效率提高4～5倍。（2）高精度高速铣削加工精度一般为10μm，有的精度还要高。（3）高的表面质量由于高速铣削时工件温升小（约为3°C），故表面没有变质层及微裂纹，热变形也小。最好的表面粗糙度Ra小于1μm，减少了后续磨削及抛光工作量。（4）可加工高硬材料可铣削50～54HRC的钢材，铣削的最高硬度可达60HRC。鉴于高速加工具备上述优点，所以高速加工在模具制造中正得到广泛应用，并逐步替代部分磨削加工和电加工。二、等量切削等量切削是小刀具高速雕刻的CAM专业技术，无论加工区域如何复杂，该技术可确保生成具有恒定的切削量、并规划合理的雕刻路径，只有等量切削加工方式才能在技术上保证小刀具高效雕刻。三、小刀具加工量小刀具加工量是由我杜撰的一项指标，但是它较为现实的反映出当前CNC雕刻对象的基本状况。当前CNC雕刻机的加工已不似手工仿形铣简单地刻线和划槽，而是在雕刻CAD的技术支持下进行产品形态的加工，这样材料的去除量较大，另外由于这些产品的形态只能用小刀具加工，这样加工量就无形中又增加好大一块，也就是讲随着CNC雕刻的加工对象越复杂，小刀具加工量就会越大，在前面介绍精雕机的加工能力时反复强调加工某工件（如高频模、滴塑精雕技术加工工艺宁海县高级职业技术中心学校-4-模、紫铜电极、热切模具等）的加工量大，实际上是希望我们的同学能建立一个正确的加工观念，能清醒地认识到：面对这种大去除量的加工（别的手段无法替代），CNC雕刻机能否使用小刀具进行有效率地加工这将影响工件的加工速度。由上可见小刀具加工量就成为评估产品加工速度的重要指标，同时也是评价CNC雕刻机性能的重要指标。谈小刀具的加工量实际上是在讲下述CNC雕刻机性能：是否具有专业的小刀具加工技术——开槽式等量切削，以此保证小刀具有效率地加工，减少刀具磨损量。床体结构是否稳定。机械运动精度是否高。机械结构刚性是否好。控制系统是否稳定。驱动系统是否精细。控制运动是否能做到既稳定又高效——通过稳定的“快进给”实现有效率的加工，这才能胜任大去除量的工作。是否可以长时间无故障地工作。是否具有精密的高速电主轴。是否具有有效的断刀修补技术。小刀具加工量的评定可通过看得见的形体分析来进行。通过小刀具加工量的分析让学员（用户）明白他应该买具有何种能力的设备来从事CNC雕刻业。可以这样讲小刀具加工量实际上是考核CNC雕刻机能否胜任CNC雕刻的重要指标。第二节雕刻工艺概述一、工艺过程的组成随着应用行业的不断拓展和深入，精雕机从事的种类越来越多，雕刻产品的结构也越来越复杂。那么如何根据产品的特点规划一套合理的雕刻加工工艺方案呢？本文主要就这个问题展开讨论，希望能给所有从事技术支持和培训岗位的同事一点启示。二、精雕CNC雕刻加工的基本过程包括下面几步（1）准备几何模型精雕技术加工工艺宁海县高级职业技术中心学校-5-任何产品，不管是简单或者复杂，如果需要用采用CNC雕刻加工方式生产，必须首先建立几何模型，也称CAD模型，它可以包含曲线、文字、曲面等各种几何元素。几何模型可以是直接用JDPaintV4.0的设计功能绘制的几何图形，也可以是通过各种数据接口，如IGES、DXF等输入的几何模型。总之，CAD模型是整个CNC雕刻加工的基础，随后的雕刻加工都是在这个模型的基础上展开的。（2）确定毛坯的外形尺寸雕刻加工的过程实际就是去除待加工材料的过程，只有确定了毛坯的形状之后，我们才能十分估计雕刻加工量和具体的加工策略。在JDPaintV4.0软件使用过程中，特别是在曲面模型雕刻加工之前，我们一般要求用户一定要绘制一个外边框，用以表示毛坯的外形，在计算曲面粗雕刻路径之前，一定要设定毛坯的上表面高度，从而确定曲面粗雕刻的加工量。（3）确定加工工艺步骤根据产品几何形状和毛坯的形状，我们可以明确雕刻加工的材料的整体形状。这个形体正好是产品形状的“补体”，也就是说，它和产品紧密贴合在一块之后，正好是毛坯的外形。规划加工工艺的过程就是逐步切除产品补体的过程。CNC雕刻工艺过程就是使用不同的CNC雕刻方法分步切除材料的过程。在JDPaint软件中，我们根据不同的雕刻方式和效果将切除材料的方法划分成区域雕刻、曲面粗雕刻、曲面精雕刻、轮廓切割等不同的类型。不同得雕刻方式切除材料过程中的走刀形式、切除效率等各不相同。熟练掌握不同的走刀方式十分有助于我们雕刻出更加合理高效的工艺步骤。（4）确定每一步的雕刻工艺参数雕刻工艺参数包括具体的走刀形式、使用的刀具、切削用量、操作参数等四项内容。走刀形式取决于雕刻方法和几何形状的特点，比如在区域雕刻中提供了环切和行切两种走刀形式，其中行切主要用于开阔区域雕刻，而环切主要用于细小文字区域的雕刻加工；曲面精加工提供了平行截线、径向放射、曲面流线、环绕等距等四种走刀形式，其中径向放射走刀主要用于放射状曲面的精雕刻，而曲面流线走刀主要用于参数曲面的精雕刻。刀具参数包括刀具的类型和尺寸，其中类型主要取决于雕刻方式，而尺寸则主要取决于产品的外观特点。比如区域雕刻主要使用平底刀和锥刀，曲面粗雕刻主要使用平底刀，而曲面精雕刻则主要使用球头刀和锥度球头刀。切削用量包括侧向进给量、深度进给量、走刀速度等。切削用量的选择需要考虑到材料特性、刀具强度、雕刻方式、机床特点等四个方面的因素。设定切削用量时，需要综合考虑这几个的因素，从而获得比较合理的数值。在区域粗雕刻、曲面粗雕刻过程中，因为材料去除量大，切削用量的设置显得尤为重要。JDPaintV4.0软件提供的开槽式等量切削功能就是针对区域粗雕刻和曲面粗雕刻提出的一种优化切削用量的雕刻走刀方式，它能保持整个粗雕刻过程中刀具的切削用量基本一致，从而极大的提高了雕刻加工效率。操作参数主要包括主轴转速、下刀速度、落刀延迟、冷却状态等一系列运动速度和设备状态的控制参数。由于CNC雕刻机的特点，它的运动操作参数也有别于仿形雕刻机和普通的数控铣床。CNC雕刻机采用了高速电主轴，主轴最高转速可以达到24000转/分钟，采用了高速铣削的加工原理。所以，雕刻的主轴转速一般采用高速，一般需要保持在15000转/分钟以上。（5）确定路径计算参数，并计算出每一步的刀具路径精雕技术加工工艺宁海县高级职业技术中心学校-6-路径计算参数包括雕刻加工精度、铣削方向、分层方式、曲线组合方式等。特别需要注意的是“允许圆弧走刀”参数，这是JDPaintV4.0在刀具路径计算方面的一个突破。圆弧走刀不仅可以提高雕刻加工速度，而且可以提高雕刻的表面或侧面的质量。（6）雕刻加工模拟，确认正确后，进行模具雕刻加工对于复杂的雕刻工序，一定要进行雕刻加工模拟，确认雕刻工艺没有任何问题之后才能正式传输到雕刻机上加工。我们强烈反对完成一步刀具路径后，立即动手雕刻的习惯。这种急功近利的做法往往造成整个加工过程断断续续，雕刻效率十分低。在实际的工作过程中，要不断练习使用规范的雕刻作业流程，这样才能及时发现问题，避免不必要的损失。三、从几何模型入手规划雕刻加工工序几何模型是整个雕刻工序的基础，雕刻加工工序就是根据几何模型的特点划分的。通过划分雕刻加工工序，我们将待加工材料的形体，也就是几何模型相对于毛坯的“补体”切割成一个个的雕刻加工域，每个雕刻加工域使用一把刀具，采用了一种CNC雕刻方法。也就是说，通过划分雕刻加工工序，我们将一个复杂的雕刻加工过程划分成由一组CNC雕刻方法构成的雕刻步骤。规划合理的雕刻加工工序必须依赖对不同CNC雕刻方法的理解和掌握程度。只有熟练掌握这些方法才能根据这些方法将待加工的材料切割成单个的雕刻加工域。CAM软件不同，提供的方法不同，功能越强大的软件提供的方法越多，越齐全。目前JDPaintV4.0主要提供了下面这些雕刻方法：钻孔功能：用于在线上、坐标点上钻孔；单线雕刻：用于在成品上雕刻商标、图案，它是不封闭自交曲线的唯一雕刻方法；轮廓切割：用于切割大字、图案，也可以用于轮廓导边；区域粗雕刻：用于快速切除平面区域内部的材料，精修区域底面也使用区域粗雕刻方法，只是切削用量比较小；区域精雕刻：包括残料补加工、区域修边、三维清角等三种精雕刻方式，其中残料补加工用于计算上一把刀具残留的材料，计算出仅仅雕刻加工残料部分的补加工路径；区域修边用于精修区域边界，获得尺寸精度和表面粗糙度较好的区域外形；三维清角主要使用锥刀实现提笔雕刻的三维清角效果；曲面粗雕刻：用于快速切除曲面模型的待加工材料，获得大致的几何外形。其中包括分层行切、分层环切、投影加深等三种走刀方式；曲面精雕刻：用于曲面模型的半精雕刻和精雕刻工序，主要包括平行截线、径向放射、曲面流线、环绕等距等四种走刀形式，用于雕刻不同特征的曲面模型，以求获得最好的加工效果和效率;投影雕刻：用于将平面雕刻路径投影到曲面上，从而实现在曲面上雕刻文字、图案，此外，通过投影雕刻方法，我们可以用平面雕刻的方法优化曲面雕刻的刀具路径；有关这些雕刻方法的具体使用方法，请参考JDPaintV4.0软件的使用手册，这里不再累述。前面我们已经提到，几何模型和毛坯特点决定了雕刻加工工艺采用的雕刻步骤和雕刻方法。简单的讲，也就是模型越复杂，划分的雕刻步骤就越多，使用的雕刻方法也就越齐全。那么如何根据一个几何模型来划分雕刻步骤，分解出单个的CNC雕刻方法呢？通常选用的方法都是毛坯粗雕刻、外形半精雕刻、外形精雕刻、精细雕刻。其中：精雕技术加工工艺宁海县高级职业技术中心学校-7-是否采用毛坯粗雕刻步骤主要依据材料的加工量，只有面对那些比较大的的加工量，使用粗雕刻方法才能提高雕刻效率。粗雕刻的方法包括区域粗雕刻和曲面粗雕刻两类，如果是平面特征，需要使用区域粗雕刻方法；如果是曲面特征，则需要使用曲面粗加工方法。对于一些复杂的模型，往往在一些加工域使用曲面粗雕刻方法，而在另外一些加工域使用区域粗加工方法。是否选择外形半精雕刻步骤主要依据粗雕刻的加工剩余量，当粗雕刻加工剩余量比较大，在精雕刻过程刀具容易抖动，影响雕刻加工质量。容易造成精雕刻刀具破损或抖动。精雕刻步骤用于完成模具各个表面的成型雕刻，获得设计的外形尺寸和外形；精细雕刻主要指一些投影雕刻等；设计出产品的几何模型之后，我们需要规划雕刻工艺过程，并生成雕刻的刀具路径。一般来说，一套完整的雕刻工艺过程包括以下内容：1）雕刻的材料及特性CNC雕刻机可以雕刻加工的材料主要包括Cr12模具钢、不锈钢、紫铜、黄铜、锌合金、铝合金、木材、有机玻璃、PVC、ABS工程塑料、双色板、饱和树脂等，材料的硬度最高可以达到HRC60。2）雕刻的毛坯形状雕刻机可以雕刻平面文字图案、三维立体模型、旋转体，也可以在各种成品上雕刻商标等。3）雕刻方法和走刀形式CNC雕刻机加工产品的方法和数控铣床的加工原理相同，加工过程中主要依赖刀具旋转和工件运动完成切削。按照走刀形式和雕刻效果，我们将走刀方式划分成：钻孔、轮廓切割、区域粗雕刻、区域修边、精修区域底面、残料补加工、三维清角、曲面粗加工、曲面精加工、投影加工等。4）雕刻刀具雕刻刀具参数包括刀具类型、刀具尺寸、刀具材料、雕刻加工性能等，其中刀具类型包括平底刀、球刀、角刀、锥刀、锥球刀、钻头等，刀具材料主要以硬质合金刀具为主；刀具的切削加工参数包括吃刀深度、侧向进给、走刀速度等等。5）刀具路径计算主要结合雕刻的行业特点、雕刻效果特点、材料属性、几何模型的特点规划合适的雕刻工艺过程、选择