數(shù)控雕刻機畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　1 引言</b></p><p>　　雕刻加工是一種很傳統(tǒng)的手工工藝，在工藝品、標牌、首飾等行業(yè)具有悠久的歷史。但傳統(tǒng)的雕刻加工一般都是手工工藝，產(chǎn)品的質(zhì)量主要取決于雕刻師傅的技藝水平，而且勞動生產(chǎn)率低，成本價格高，可重復性差。隨著市場需求的不斷擴大以及模具工業(yè)的迅速發(fā)展，除首飾、標牌和工藝品的模具制造需要雕刻以外，很多日常生活用品（如服飾用品、鐘表零件）的模

2、具也大量需要雕刻加工，導致了雕刻加工向自動化方向發(fā)展。</p><p>　　隨著 PC 在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，基于 PC 的開放式數(shù)控系統(tǒng)成為一個研究熱點。雕刻機作為一種典型的數(shù)控產(chǎn)品，在廣告制作、模具制造、建筑裝飾等行業(yè)中有著廣闊的市場前景</p><p>　　1．1 數(shù)控雕刻技術(shù)技術(shù)</p><p>　　1.1.1 雕刻技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p&

3、gt;<p>　　20世紀90年代以來，微電子技術(shù)的突飛猛進直接推動了微型計算機的迅速發(fā)展，而微電子技術(shù)和微型計算機技術(shù)又帶動整個高技術(shù)群體飛速發(fā)展，從而使雕刻機有了質(zhì)的飛躍。雕刻機經(jīng)歷了從2D-- 2.5D --3D加工的變革，功能完善、性能穩(wěn)定、造型美觀和價格合理成為雕刻機研制的基本要求。</p><p>　　國外的雕刻機，如美國的“雕霸”、法國的“嘉寶”和日本的“御牧”是該行業(yè)的佼佼者，但價格

4、昂貴。隨著近年來我國制造業(yè)的迅速發(fā)展，數(shù)控雕刻機產(chǎn)業(yè)也獲得了良好的發(fā)展機遇，有效地促進了我國數(shù)控雕刻機的生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。我國數(shù)控雕刻機起步經(jīng)濟型數(shù)控機床，隨著數(shù)控技術(shù)的進步，進過十多年的發(fā)展，已形成了多個國品牌的雕刻機，如上海洛克公司生產(chǎn)的啄木鳥數(shù)控雕刻機、北京槽雕公司生產(chǎn)精雕數(shù)控雕刻機和南京科能公司生產(chǎn)的威克數(shù)控雕刻機等。上述各類雕刻機機床本體結(jié)構(gòu)比較簡單，控制器大多借鑒國外新技術(shù)，采用基于高檔的微控制或PC的數(shù)控系統(tǒng)，伺服部分以步進

5、電機細分驅(qū)動為主，可獲得中等控制精度，但價格比較便宜，因此整機的性價比高，適用于精度不太高的普及應(yīng)用場合。對高精度雕刻加工，目前我國尚以進口數(shù)控雕刻機為主，如意大利的左日本的全量等品牌的數(shù)控雕刻機。這類數(shù)控雕刻機機床本體設(shè)計剛度好、精度高，采用伺服電機驅(qū)動，加工精度高，控制系統(tǒng)功能全，可靠性高，但價格昂貴，往往倍于國產(chǎn)產(chǎn)品，因此主要應(yīng)用于模具等高精度加工場合。</p><p>　　目前國內(nèi)數(shù)控雕刻機的技術(shù)水平:&

6、lt;/p><p>　　1、數(shù)控雕刻機的CAD/CAM軟件大多數(shù)數(shù)控雕刻機都聲稱能接收多種格式的刀具路徑數(shù)據(jù)文件，包括通用機械CAD/CAM軟件的輸出格式，如MasterCAM, Cimatron, UG等，但采用文泰雕刻軟件的居多，唯獨精雕采用其自主版權(quán)的CAD/CAM軟件JDPaint 。</p><p>　　2、數(shù)控裝置目前雕刻機的數(shù)控裝置可分為三種類型，即基于IPC的控制器，基于DSP

7、 (Digital Signal Processing)的控制器和基于單片機的控制器，單片機的處理功能較強，DSP控制器處理速度快。</p><p>　　3、雕刻機的加工效率和加工質(zhì)量文泰雕刻軟件采用微線段逼近輪廓曲線的技術(shù)方案，刀具在線段的交接點處停頓，加工表面不光滑，刀具運動速度變化頻繁，進給速度<3m/min，加工效率較低。美國麥迪克三維雕刻機(MultiCam)采用AMDSC520微處理器作為控制核

8、心，具有1000行代碼的前瞻功能，最大加工速度35米/分鐘，整體技術(shù)水平高于國產(chǎn)雕刻機，但價格也高于國產(chǎn)雕刻機。</p><p>　　4、控制軟件方面數(shù)控雕刻機控制系統(tǒng)是典型的多任務(wù)實時系統(tǒng)，系統(tǒng)必須對多種任務(wù)進行實時控制。為了實現(xiàn)軟件結(jié)構(gòu)的模塊化、可重用性、用戶的易操作性，都采用通用的操作系統(tǒng)。</p><p>　　1.1.2 計算機數(shù)控雕刻機的應(yīng)用與特點</p><

9、;p>　　計算機數(shù)控雕刻系統(tǒng)(又稱電腦雕刻機、雕刻機器人)是CAD/CAM一體化的典型產(chǎn)品。計算機雕刻系統(tǒng)集掃描、編輯、排版、控制雕刻諸多功能于一體，能方便快捷地在各種軟性材料(有機玻璃、雙色板、多層板、工程硬塑、ABS沙盤模型板、PP, PVC、板材、亞可力、木材、橡膠等)和硬性材料(黃紫銅、鋁、不銹鋼、欽合金、工具鋼、漢白玉、大理石等)上雕刻出逼真、精致、耐久的二維圖形、文字及三維立體浮雕。</p><p&

10、gt;　　計算機雕刻系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，舉例如下:(1)廣告及禮品制作業(yè)，用于雕刻各類雙色板標牌、有機玻璃、三維廣告牌、雙色人物雕像、浮雕獎?wù)?、有機板浮雕、立體門頭字等。(2)模型制作業(yè)，制作沙盤模型、房屋模型等。(3)模具制作業(yè)，雕刻紐扣浮雕模、印刷燙金模，注塑模、沖壓模、鞋模等。(4)木器業(yè)，用于浮雕圖案設(shè)計及制作。(5)印刷行業(yè)，用于凹凸板制作。(6)煙草行業(yè)，用于包裝煙盒防偽標志模板制作及卷煙字輪制作。(7)印刷電路板的電路制作

11、，鉆孔、銑槽等。(8)印章業(yè)，各類字體各類材料的印章雕刻。(9)電火花加工機床電極雕刻加工。(10)機械加工業(yè)，刻度盤字輪及標尺刻度。(11)裝飾制品雕刻。(12)照相機光圈變焦零件及刻度加工。(13)手表表面及表殼模具制造。(14)冰箱壓縮機閥板等復雜零件加工。(15)硯臺藝術(shù)雕刻加工。(16)汽車工業(yè)、輪胎模具，車燈模具及裝飾品模具加工。(17)包裝業(yè)等字模加工。(18)制作各種員工胸牌、各類門牌、指示牌。(19)首飾精細雕刻。(2

12、0)液壓泵轉(zhuǎn)子定子封油槽加工等等。而且，隨著各種新型裝飾材料的不斷出現(xiàn)，能用于雕刻的材料越來越多，使得計算機數(shù)控雕刻機有了更大的用</p><p>　　數(shù)控雕刻機的主要特點:</p><p>　　1、自動化程度高。具體的雕刻過程都是數(shù)控雕刻機自動完成的。</p><p>　　2、產(chǎn)品的尺寸精度高，一致性好。數(shù)控雕刻過程是由計算機控制完成，可以達到很高的精度和表面質(zhì)量

13、;批量加工時，產(chǎn)品的一致性好，這對于小模具行業(yè)十分重要。</p><p>　　3、拓展了雕刻領(lǐng)域。只需改變控制程序，數(shù)控雕刻機便可以雕刻浮雕、各種復雜的曲面，支持各種刀具，改善了雕刻表面質(zhì)量，提高了雕刻效率。</p><p>　　4、數(shù)控雕刻機都有鉆銑功能，可用于鉆孔、切邊、加工小模具，性價比局。</p><p>　　1.1.3 計算機數(shù)控雕刻機發(fā)展方向</

14、p><p>　　依托現(xiàn)代計算機技術(shù)的不斷創(chuàng)新，機構(gòu)設(shè)計、電機應(yīng)用、控制芯片、軟件平臺和程序設(shè)計等領(lǐng)域的發(fā)展，將持續(xù)改進和提高雕刻機的性能;而今后計算機通訊的網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，也將給雕刻機帶來一場革命。下面是數(shù)控雕刻的幾個發(fā)展方向:</p><p>　　1、CAD/CAM軟件發(fā)展方向目前雕刻機所采用的CAD/CAM軟件多數(shù)將雕刻圖形輪廓離散成微小直線段，限制了雕刻精度的提高。因此，未來的雕刻機CA

15、M軟件必定會增加多種曲線(如拋物線、樣條曲線等)逼近加工輪廓的方法，以提高加工精度。通用CAD/CAM軟件如Pro/E等也將逐漸應(yīng)用于雕刻領(lǐng)域。</p><p>　　2、刀具性能的提高隨著雕刻所使用的材料越來越廣泛，對雕刻刀具的種類、材料以及性能的要求也越來越高，各種刀具材料如金屬基陶瓷、聚晶金剛石等高速切削刀具將廣泛應(yīng)用于雕刻加工之中。</p><p>　　3、高速高精度現(xiàn)在國內(nèi)的雕刻機

16、大多是采用步進電機控制進給的開環(huán)系統(tǒng)，位置控制精度和加工精度都不高。今后的雕刻機控制部分將向閉環(huán)、半閉環(huán)系統(tǒng)發(fā)展，通過反饋調(diào)節(jié)，對誤差進行補償，進給部分采用更高精度的滾珠絲杠和伺服電機，可進一步提高雕刻系統(tǒng)的精度和速度。 </p><p>　　4、高效高可靠性高效來源于高速進給和高速切削，這取決于性能更好的電機和刀具的研究;為了提高可靠性，一方面控制電路將采用更穩(wěn)定更可靠的DSP技術(shù)，另一方面進一步提高電機性

17、能也是刻不容緩的。此外軟件方面也要進一步提高，如采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)等。</p><p>　　5、多軸聯(lián)動多軸聯(lián)動可以完成更復雜的雕刻動作，雕刻出更復雜、更精密的圖案。多軸的聯(lián)動將是數(shù)控雕刻機的一個發(fā)展方向。</p><p>　　6、柔性化開放式數(shù)控系統(tǒng)的概念逐漸應(yīng)用于雕刻機中，軟硬件的通用化、模塊化和標準化，大大提高雕刻機的柔性，可以采用不同的軟硬件模塊，組成不同檔次不同要求的數(shù)控雕刻系統(tǒng)。

18、</p><p>　　7、網(wǎng)絡(luò)制造將雕刻機用網(wǎng)絡(luò)連接起來，通過分布式系統(tǒng)，智能的選擇當前空閑的雕刻機完成當前的任務(wù)。充分、高效地利用系統(tǒng)資源，實現(xiàn)多品種、大批量的生產(chǎn)。</p><p>　　1．2 課題研究的意義及主要內(nèi)容</p><p>　　1.2.1 課題研究的意義</p><p>　　目前制造業(yè)對數(shù)控人才需求較大，而數(shù)控技術(shù)涉及范

19、圍很廣，短期內(nèi)掌握并非易事。本次課題從實際雕刻入手，可以培養(yǎng)對知識的綜合運用和工作實踐的能力，提高自身專業(yè)素養(yǎng)，而且能夠更加扎實掌握數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)部分：機床結(jié)構(gòu)、數(shù)控編程、加工工藝，提高應(yīng)用所學知識分析解決問題的能力，掌握操作軟件，縮短與工廠實踐的差距。</p><p>　　1.2.2 課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　本課題充分利用計算機軟、硬件技術(shù)、PLC技術(shù)、數(shù)字信號處理器技

20、術(shù)，實現(xiàn)了用于開放式三自由度數(shù)控雕銑機的計算機控制系統(tǒng)。研究雕刻機的加工原理，加工材料，刀具選擇，以及加工過程。然后通過軟件建模編程加工稍復雜的雕刻工件。</p><p><b>　　1）三維建模</b></p><p>　　目前主流的三維浮雕軟件都可支持外部數(shù)據(jù)文件的利用，比如照片 、畫冊、印刷品、手繪稿、電腦圖片文件等等，通過對這些文件進行數(shù)字化處理，使之能在電腦

21、中進行編輯，如掃描、拍成數(shù)碼照片等等，數(shù)控機床要加工出我們想要的浮雕產(chǎn)品，必須給它三維結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，讓機器的刀頭在空間上運動切割，所以電腦三維建模是必須的一個步驟。它的優(yōu)勢在于，產(chǎn)品的設(shè)計“虛擬化”，可以不用加工樣品，直接在電腦上觀看效果，任意修改，縮短設(shè)計周期，避免了一些人為差錯，另外設(shè)計思路更為廣闊，設(shè)計師可發(fā)揮的隨意性增大，產(chǎn)品造型的方案也更加多樣化，這對于雕刻企業(yè)增值增效來說，無疑是一件利器。</p><p&g

22、t;<b>　　2）電腦編程</b></p><p>　　有了三維浮雕模型之后，進入“刀具路徑模塊”，設(shè)置刀具庫，選取我們所需要的刀具，讓電腦來分析如何安排產(chǎn)生行刀路徑，進行最優(yōu)化計算，得出一個最省時的雕刻方案。在分析運算過程中，你可以實時進行三維刀路仿真，觀看加工的過程，如果認為刀路不合理，可重新進行設(shè)置，再重新仿真。同時您可根據(jù)區(qū)域的不同，選用不同的刀具進行作業(yè)，這樣可以有效地節(jié)省工時。

23、（比如在雕銑較大平面時，用大直徑的立銑刀要比用小尺寸的尖頭雕刻刀省時得多，而且平面的平整性效果更好）。   </p><p><b>　　3） 執(zhí)行加工 </b></p><p>　　進入軟件傳輸系統(tǒng)后，調(diào)入已經(jīng)生成的刀路文件，可以先預演一下，估算出加工時間，確認無誤后，按“開始”進行加工，雕刻機就可以進行工作了。雕刻完成后，刀頭會自動歸

24、位，主軸電機停轉(zhuǎn)，一般讓人動手干預的時候不多，工人的安全性有了極大的保障。 </p><p>　　2 機床及軟件簡介</p><p>　　2．1 雕刻機概述</p><p>　　2.1.1 計算機數(shù)控雕刻系統(tǒng)的組成</p><p>　　計算機數(shù)控雕刻系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成，硬件包括:控制計算機、雕刻機控制柜、雕刻機主機及

25、加工刀具、輔助工具等五部分，其中計算機是核心;軟件包括:計算機設(shè)計排版和雕刻控制軟件兩部分，其中雕刻控制軟件是軟件的核心，由它來協(xié)調(diào)、控制雕刻工作的進行，系統(tǒng)組成如圖2.1所示：</p><p>　　圖2.1 計算機數(shù)控雕刻系統(tǒng)組成圖</p><p>　　計算機數(shù)控雕刻系統(tǒng)各組成部分的功能簡要介紹如下:</p><p>　　硬件包括以下六個部分:</p>

26、;<p>　　1、雕刻機主機它是這個系統(tǒng)的加工主體，通過它完成圖形雕刻、輪廓銑削等工作。</p><p>　　2、控制柜它是雕刻機主機各運動軸的電機驅(qū)動部分。它將計算機產(chǎn)生的控制信息轉(zhuǎn)化成能驅(qū)動X,Y,Z三軸步進電機或伺服電機的功率信號(脈沖串)，控制雕刻機主機的X, Y, Z三軸完成相應(yīng)的運動，同時它還控制雕刻頭的高速主軸電機。</p><p>　　3、計算機一般是普通 P

27、C機，主要完成圖形、文字的設(shè)計、排版和編輯工作。</p><p>　　4、控制器這里我們采用的是32位ARM單片機，它是數(shù)控雕刻機的核心，完成插補控制、速度控制以及位置控制等任務(wù)。</p><p>　　5、加工刀具裝夾在雕刻機主軸上，完成具體切削任務(wù)。 </p><p>　　6、輔助工具主要有裝夾夾具等，完成雕刻工作的裝夾等任務(wù)。</p><

28、p>　　軟件包括以下兩個部分:</p><p>　　1、計算機設(shè)計排版軟件是一個CAD/CAM系統(tǒng)，完成圖形、文字的設(shè)計、排版編輯工作和數(shù)控雕刻程序的自動生成。</p><p>　　2、計算機雕刻控制軟件是一個CNC系統(tǒng)，它讀入數(shù)控雕刻程序(數(shù)據(jù))，將其轉(zhuǎn)化為雕刻機的控制命令。</p><p>　　2.1.2 雕刻機的工作原理</p><

29、p>　　雕刻機由計算機，雕刻機控制器，雕刻機主機三部分組成。工作原理：是通過計算機內(nèi)配置的專用雕刻軟件進行設(shè)計和排版，并由計算機把設(shè)計與排版的信息自動傳送至雕刻機控制器中，再由控制器把這些信息轉(zhuǎn)化成能驅(qū)動步進電機或伺服電機的帶有功率的信號(脈沖串)，控制雕刻機主機生成X，Y，Z三軸的雕刻走刀路基徑。同時，雕刻機上的高速旋轉(zhuǎn)雕刻頭，通過按加工材質(zhì)配置的刀具，對固定于主機工作臺上的加工材料進行切削，即可雕刻出在計算機中設(shè)計的各種平面或

30、立體的浮雕圖形及文字，實現(xiàn)雕刻自動化作業(yè)。</p><p>　　計算機數(shù)控雕刻系統(tǒng)實際是一個三維數(shù)控系統(tǒng)，其工作原理如圖2.2所示: 通用微型計算機內(nèi)安裝專用的設(shè)計排版軟件進行圖形、文字的設(shè)計、排版，自動生成加工路徑信息，通過USB接口或其他數(shù)據(jù)傳輸接口將刀具路徑數(shù)據(jù)傳輸給單片機，數(shù)控系統(tǒng)接收刀具路徑數(shù)據(jù)，完成顯示、和用戶交互等一系列功能后，用特定的算法將輸入的路徑信息轉(zhuǎn)化為數(shù)控信息，控制器把這些信息轉(zhuǎn)化為驅(qū)動步

31、進電機或伺服電機的信號(脈沖串)，控制雕刻機X, Y, Z三軸的走刀。同時，雕刻機的高速旋轉(zhuǎn)主軸，通過按加工材質(zhì)配備的刀具，對固定于主機工作臺上的工件進行銑削，即可雕刻出在計算機上設(shè)計的各種平面或立體的圖形文字，實現(xiàn)雕刻自動化加工。</p><p>　　圖2.2 計算機數(shù)控雕刻系統(tǒng)工作原理</p><p>　　2.1.3 雕刻機刀具的選擇</p><p>　　雕

32、刻作業(yè)最重要的元素之一就是刀具，不同的雕刻要求、雕刻造型、表面處理等需要不同的刀具。雕刻刀具有以下幾種，如表2.1所示。</p><p>　　表 2.1 雕刻刀具簡介</p><p>　　本次設(shè)計應(yīng)條件所限，只使用錐刀。</p><p>　　2．2 ArtCAM Pro介紹</p><p>　　ArtCAM 軟件產(chǎn)品系列是英國

33、Delcam公司出品的獨特的CAD造型和CNC、CAM 加工解決方案，是復雜立體三維浮雕設(shè)計、珠寶設(shè)計和加工的首選CAD/CAM 軟件解決方案，可快速將二維構(gòu)思轉(zhuǎn)換成三維藝術(shù)產(chǎn)品。</p><p>　　ArtCAM Pro被廣泛應(yīng)用于木工、模具、造幣、工藝禮品、建筑、陶瓷、包裝、制鞋、玩具等多種行業(yè)。ArtCAM Pro可充分發(fā)揮用戶的創(chuàng)造力，根據(jù)二維藝術(shù)圖案來設(shè)計三維浮雕。ArtCAM Pro還可通過使用一系列

34、強大、易使用、以矢量為基礎(chǔ)的浮雕設(shè)計工具，來產(chǎn)生從最復雜的不對稱三維浮雕到較簡單的對稱的三維浮雕。能自動從三維浮雕模型產(chǎn)生刀具路徑數(shù)據(jù)來驅(qū)動CNC數(shù)控機床。</p><p>　　ArtCAM Pro 具有比傳統(tǒng)的手工雕刻方法更突出的效益－設(shè)計的可重復性，減少了生產(chǎn)時間和成本，通過ArtCAM Pro制造出的所有浮雕都不會因為表面加工質(zhì)量的問題而成為廢品。ArtCAM Pro允許用戶產(chǎn)生一些通常只能依靠最先進的、復

35、雜的CAD系統(tǒng)才能設(shè)計的形體。通過ArtCAM Pro，用戶能夠方便地進行形體設(shè)計、加工和雕刻。一系列獨特的新功能減少了重復圖案的設(shè)計時間，且大大地擴展了實用范圍。ArtCAM尤其適用于標牌制作和加工、木工雕刻設(shè)計和加工、模具雕刻、食品工業(yè)藝術(shù)設(shè)計、硬幣和徽章制作和加工等領(lǐng)域。</p><p>　　2．3 CNC USB Controller介紹</p><p>　　CNC運動控制器是用

36、來連接電腦與電機驅(qū)動器的設(shè)備。它通過電腦的USB端口來實現(xiàn)控制。控制卡與絕大部分電動機驅(qū)動器兼容，能代替并口驅(qū)動板。它全面支持雕刻機、雕銑機，廣泛應(yīng)用于工業(yè)模具、標牌、名牌、建筑模型、印章、廣告切字、藝術(shù)品、PCB板等產(chǎn)品的計算機輔助設(shè)計和加工代碼生成。</p><p>　　3 基于USB數(shù)控系統(tǒng)的雕刻過程分析</p><p>　　本次雕刻加工主要是利用ArtCAM設(shè)計產(chǎn)品并轉(zhuǎn)換生成G代

37、碼和利用CNCUSB軟件和NUT－2雕刻機加工產(chǎn)品兩個部分。</p><p>　　3.1 ArtCAM建模及輸出路徑</p><p>　　下面以圖3.1為例，進行詳細介紹。</p><p><b>　　圖3.1 雕刻品</b></p><p>　　1、打開ArtCAM軟件，設(shè)置新模型尺寸。其操作步驟為：點擊“產(chǎn)生新的

38、模型”，指定模型尺寸，原點位置和分辨率。本模型高度80，寬度100，單位毫米，分辨率962*770點，然后點擊“確定”，如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 設(shè)置模型尺寸對話框</p><p>　　2、利用ArtCAM自帶的矢量工具畫出模型的形狀，如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 二維查看圖層</p><p>　　

39、3、點擊“刀具路徑操作”下拉菜單的“材料設(shè)置”，設(shè)置模型加工材料厚度8mm,材料Z軸零點，頂部偏置1mm，如圖3.4所示。在模型三維查看界面查看所設(shè)置的材料，如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.4 材料設(shè)置對話框 圖3.5 三維查看</p><p>　　4、在模型二維查看界面，選中所畫矢量，點擊“二維刀具路徑”下的“沿矢量加工”，設(shè)

40、置加工深度、加工安全高度、刀具、雕刻順序及路徑名稱，如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6 沿矢量加工路徑對話框 圖3.7 模型加工路徑</p><p>　　5、設(shè)置好后點擊“現(xiàn)在”，生成刀具加工路徑，路徑可在“三維查看”窗口查看，如圖3.7所示。</p><p>　　6、路徑設(shè)置好后進行仿真，點擊“仿真刀具路徑”下

41、的“快速仿真刀具路徑”， 彈出“刀具路徑動態(tài)仿真-矩形塊定義”，點擊“仿真刀具路徑”，查看仿真結(jié)果，如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8 模型仿真</p><p>　　7、輸出G代碼，點擊“刀具路徑操作”下的“保存刀具路徑”，彈出窗口，選擇要保存的刀具路徑和路徑輸出加工文件格式，設(shè)置輸出G代碼保存所在的文件，本次設(shè)計路徑輸出加工文件全部選擇“G-Code（mm）(*.tap)”

42、，如圖3.9所示。</p><p>　　圖3.9 保存刀具路徑對話框</p><p>　　3.2 CNC USB Controller機床設(shè)置</p><p>　　1、電腦通過控制板和NUT-2雕刻機連接，打開CNC USB Controller,接通雕刻機電源。</p><p>　　2、設(shè)置信號方向和脈沖。點擊點動按鈕，控制雕刻機刀具移

43、動，查看所按按鈕的方向是否和刀具移動方向相同，若不同點擊文件下拉菜單的設(shè)置，選擇“軸2”，哪個軸方向反了，就在該軸下方“反向”處打鉤，這樣方向信號就設(shè)置好了。設(shè)置X脈沖，在“軸2”窗口X軸“步數(shù)/毫米”輸入預定數(shù)值，點擊確定。點擊“基本”窗口，點擊下方“校準設(shè)置”，在彈出窗口選擇X，按下一步，輸入預計移動距離，按確定，刀具移動。測量實際移動距離與輸入值作比較，從而來確定X軸脈沖，Y軸、Z軸也是如此，如圖3.10所示。</p>

44、<p>　　圖3.10 設(shè)置方向和脈沖窗口</p><p>　　3、設(shè)置工作范圍。點擊設(shè)置中的“軸3”窗口，輸入正、負限位來確定刀具工作范圍，我的設(shè)備有效工作范圍為600*600*200，如圖3.11所示。</p><p>　　圖3.11 設(shè)置工作范圍窗口</p><p>　　4、手動對刀。連續(xù)點動運動細調(diào)到加工表面，點擊“當前位置-清零”，設(shè)置零

45、點。</p><p>　　3.3 機床雕刻加工及零件處理</p><p>　　1、讀入G代碼，點擊“打開” 圖標，找到代碼雙擊，在主窗口中查看路徑，副窗口查看代碼，如圖3.12所示。</p><p>　　圖3.12 CNC USB路徑代碼界面</p><p>　　2、模擬雕刻，點擊“視圖”下拉菜單的“模擬”，橙色小箭頭代表刀具進行移動，紅

46、色線就是刀具正在走的那段路徑?？焖倌M雕刻可以拖動G代碼窗口下的滾動條，這樣就能迅速瀏覽刀具雕刻的順序，查看有沒有撞刀情況。</p><p>　　3、打開電動機，移動到零點。點擊開始按鈕，進行加工，直至工件加工完畢。雕刻過程中如有需要可以適當調(diào)節(jié)速度，雕刻產(chǎn)生的廢屑及時用吸塵器吸走，減小雕刻誤差。</p><p>　　4、雕刻完畢，關(guān)閉電動機，刀具移出，用工具卸下工件，雕刻成品進行祛除毛刺

47、等完善工作，準備下一次雕刻。</p><p>　　4 雕刻作品制造實例</p><p><b>　　4.1 二維加工</b></p><p>　　4.1.1 沿矢量加工</p><p>　　沿矢量加工是沿已選矢量進行加工的加工策略。加工時，不對刀具半徑進行補償，刀具的中心將沿己選矢量。</p><

48、;p>　　生成刀具路徑時，選中二維窗口中的“淮陰工學院”矢量，再點擊“二維刀具路徑”下的“沿矢量加工”，在彈出窗口中設(shè)置雕刻參數(shù)，如圖4.1所示。點擊“現(xiàn)在”，生成刀具路徑，在三維窗口查看，如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.1 沿矢量加工對話框 圖4.2 刀具路徑1</p><p>　　生成G代碼，導入CNC USB進行雕刻，生

49、成實物。雕刻實物如圖4.3所示。</p><p><b>　　圖4.3 實物1</b></p><p>　　4.1.2 二維輪廓加工</p><p>　　二維輪廓加工是產(chǎn)生沿己選矢量的內(nèi)部或外部加工的加工策略。如果選取了錐 形（帶角的）刀具，ArtCAM將基于刀具直徑計算結(jié)束深度處所需的偏罝值。</p><p>　　

50、生成刀具路徑時，選中二維窗口中的“淮陰工學院”矢量，再點擊“二維刀具路徑”下的“二維輪廓加工”，在彈出窗口中設(shè)置雕刻參數(shù)，如圖4.4所示。點擊“現(xiàn)在”，生成刀具路徑，在三維窗口查看，如圖4.5所示。</p><p>　　圖4.4 二維輪廓加工對話框 圖4.5 刀具路徑2</p><p>　　生成G代碼，導入CNC USB進行雕刻，生成實物。雕刻實

51、物如圖4.6所示。</p><p><b>　　圖4.6 實物2</b></p><p>　　4.1.3 區(qū)域清除加工</p><p>　　二維區(qū)域清除是―種基于當前己選矢量邊界的區(qū)域清除加工策略。在此，需指定加工深度，一把或多把刀具以及和每把刀具相關(guān)的切削參數(shù)和策略。如果選取了一把以上的刀具，則將進行殘留加工。</p>&l

52、t;p>　　殘留加工是一種使用小刀具加工上一步驟中大刀具無法加工到的區(qū)域的加工策略。使用殘留加工策略時，較小的刀具將僅加工前面工序大刀具不能加工到的區(qū)域。</p><p>　　首先在“淮陰工學院”字體外部畫一長方形矢量，如圖4.7所示。生成刀具路徑時，同時選中二維窗口中的“淮陰工學院”矢量及其外部長方形矢量，再點擊“二維刀具路徑”下的“區(qū)域清除”，在彈出窗口中設(shè)置雕刻參數(shù)，如圖4.8所示。點擊“現(xiàn)在”，生成

53、刀具路徑，在三維窗口查看，如圖4.9所示。</p><p>　　圖4.8 區(qū)域清除對話框 圖4.9 刀具路徑3</p><p>　　生成G代碼，導入CNC USB進行雕刻，生成實物。雕刻實物如圖4.10所示。</p><p>　　圖4.10 實物3</p><p>　　4.1.4 V-Bit雕刻

54、加工</p><p>　　V-Bit雕刻允許使用V形刀具或球頭刀對設(shè)計的浮雕進行快速加工。刀具的中心 將沿浮雕的中心線移動，切削深度將隨浮雕的寬度而變化。</p><p>　　生成刀具路徑時，選中二維窗口中的“淮陰工學院”矢量，再點擊“二維刀具路徑”下的“V-Bit雕刻”，在彈出窗口中設(shè)置雕刻參數(shù)，如圖4.11所示。點擊“現(xiàn)在”，生成刀具路徑，在三維窗口查看，如圖4.12所示。</p

55、><p>　　圖4.11 V-Bit雕刻對話框 圖4.12 刀具路徑4</p><p>　　生成G代碼，導入CNC USB進行雕刻，生成實物。雕刻實物如圖4.13所示。</p><p>　　圖4.13 實物4</p><p>　　4.2 三維建模加工</p><p>　　玩具

56、熊雕刻，如圖4.14所示。</p><p>　　圖4.14 玩具熊模型</p><p>　　1、打開ArtCAM軟件，新建模型，畫出所要雕刻物品的二維平面圖形，如圖4.15所示。</p><p>　　圖4.15 玩具熊二維平面圖</p><p>　　2、產(chǎn)生熊身部分浮雕。先選取熊身矢量，用左鍵雙擊已選矢量，打開形狀編輯器窗口。選取“穹形”

57、并點取應(yīng)用按鈕，點擊相加按鈕，計算熊身浮雕。</p><p>　　3、產(chǎn)生耳朵浮雕。同時選取外耳和內(nèi)耳輪廓矢量，左鍵雙擊已選矢量，打開形狀編輯器，選擇穹形，無限制，角度45度，開始高度0.5,點擊相加，如圖4.16所示。雙擊內(nèi)耳輪廓矢量，選擇平面，開始高度0.5，點擊相加，如圖4.17所示。</p><p>　　圖4.16 耳朵浮雕1 圖4.17 耳朵

58、浮雕2</p><p>　　4、產(chǎn)生手臂浮雕。選擇胳膊矢量，選擇穹形，角度為45度，無剪裁，點擊最高拼合，胳膊就產(chǎn)生了。 </p><p>　　5、產(chǎn)生臉部和腹部浮雕。選擇臉部矢量，選擇穹形，角度為60度，無剪裁，最高拼合。選擇一個較大的角度是為了 使臉部更高、更圓。選擇腹部矢量，選擇角度為15度，開始高度為0，無剪裁的穹形，相加，泰迪熊就有了一個很好看的圓形腹部，如圖4.18所示。<

59、;/p><p>　　圖4.18 臉部和腹部浮雕</p><p>　　6、產(chǎn)生腳部浮雕。用傾斜平面產(chǎn)生腳部矢量的浮雕，這將使腳傾斜，腳趾 向前傾斜，腳跟向后傾斜。選擇產(chǎn)生傾斜平面圖標, 要產(chǎn)生這個平面最少要選兩個點，最多選擇三個點。這些點最好從矢量中選擇，三個點都選好了，Z矢量就可以根據(jù)需要改變。定義了平面后，可以選取平面和當前浮雕的組合方式：相加、相減，最高拼合和最低拼合。</p>

60、;<p>　　第一個點選在腳部矢量的底部。第二個點腳部矢量的頂部。一條虛線顯示了第一個點到第二個點的距離。第三個點選在腳部兩個矢量的中間。設(shè)置每個位置的Z值，第一個為1.5，第二個為3.5，第三個為2.75，選擇最高拼合。雙擊腳部矢量。選擇角度為15度，無剪裁的穹形，按下相加生成浮雕。如圖4.19所示。</p><p>　　圖4.19 腳部浮雕</p><p>　　7、產(chǎn)生

61、其余部位浮雕。參照上面方法用形狀編輯器生成熊鼻子、爪子和眼睛。</p><p>　　8、跟據(jù)雕刻材料的厚度，對所畫模型高度進行縮放。點擊浮雕操作下的縮放浮雕高度，輸入新模型高度。</p><p>　　9、完成浮雕，我們可對浮雕進行光順處理，從而使模型表面比較光滑。光順是一個逐漸的過程，光順的次數(shù)越多，細節(jié)越模糊。點取浮雕操作工具欄中的“光順浮雕”，生成浮雕，如圖4.20所示。</p&

62、gt;<p>　　圖4.20 玩具熊三維模型</p><p>　　10、生成刀具路徑。先進行材料設(shè)置，再點擊三維刀具路徑菜單下“加工浮雕”，生成粗加工、精加工路徑。粗加工行距0.4mm,精加工0.1mm。粗加工設(shè)置如圖4.21。精加工設(shè)置如圖4.22。</p><p>　　圖4.21 粗加工 圖4.22 精加工</p>

63、<p>　　11、仿真刀具路徑，導出G代碼。仿真后模型如圖4.23所示。</p><p>　　圖4.23 玩具熊雕刻仿真</p><p>　　12、將G代碼導入CNC USB Controller，控制雕刻機進行粗、精加工。加工完后對雕刻成品進行完善處理。雕刻實物如圖4.24所示。</p><p>　　圖4.24 玩具熊雕刻實物</p>

64、<p>　　4.3 圖片建模加工</p><p><b>　　巨嘴鳥圖4.25</b></p><p>　　圖4.25 巨嘴鳥圖片</p><p>　　1、打開圖片。打開ArtCAM軟件，點擊“打開文件”，文件類型選擇“位圖文件”，雙擊雕刻所用圖片，設(shè)置模型尺寸。</p><p>　　2、巨嘴鳥身體的生

65、成。鼠標左鍵單擊第一個綠色方框，將它設(shè)置為初始顏色。對巨嘴鳥身體的主要部分，黃色的爪和紅色的喙不需要，因此它們可以被連接到綠色的初始顏色。用鼠標右鍵雙擊黃色和紅色，將它們連接為初始顏色?，F(xiàn)在巨嘴鳥暫時被一種綠色的初始顏色環(huán)繞了。然后通過使用位圖到矢量，可以沿著被連接的初始顏色的邊界產(chǎn)生一個矢量。從位圖編輯工具欄，點擊“位圖到矢量”圖標。輸入“像素公差”為1，“保留直線最小像素長度”為5，如圖4.26所示。</p><

66、p>　　圖4.26 位圖到矢量對話框</p><p>　　矢量定義了巨嘴鳥的輪廓和最大浮雕區(qū)域。外部矢量刪除，而巨嘴鳥矢量保留，并按需要編輯。從二維查看視窗的頂部點擊“預覽浮雕層”，可以清晰的查看矢量情況，如圖4.27所示。</p><p>　　圖4.27 鳥體的輪廓</p><p>　　雙擊鳥形矢量，進入形狀編輯器，選擇“穹形”，角度為45度，按下“相加

67、”。在三維查看中查看浮雕，如圖4.28所示。</p><p>　　圖4.28 身體模型</p><p>　　3、爪和喙的生成。撤消所有顏色連接， 雙擊鳥喙紅色區(qū)域，進入形狀編輯器，選擇“穹形”，角度為45度，按下“最高拼合”，得到鳥喙，同理畫出鳥爪模型。</p><p>　　4、眼部和翅膀的生成。左鍵雙擊眼睛周圍的白色區(qū)域。選擇“平面形狀”，開始高度為1，按下“

68、相減”，生成眼部。把翅膀代表的兩種顏色連接起來，左鍵雙擊藍色的翅膀，在形狀編輯器設(shè)置“穹形”，角度為25 度，按下“相加”，生成翅膀。</p><p>　　5、通過結(jié)合矢量和位圖顏色，產(chǎn)生浮雕。跟據(jù)雕刻材料的厚度，對所畫模型高度進行縮放，再對浮雕進行光順處理就可以了，浮雕就完成了，如圖4.29所示。</p><p>　　圖4.29 巨嘴鳥模型</p><p>　　

69、6、生成刀具路徑。點擊三維刀具路徑菜單下“加工浮雕”，生成粗加工、精加工路徑，進行仿真，輸出G代碼文件。仿真圖像如圖4.30所示。</p><p>　　圖4.30 巨嘴鳥模型仿真</p><p>　　7、將G代碼導入CNC USB Controller，控制雕刻機進行粗、精加工。加工完后對雕刻成品進行完善處理。雕刻實物如圖4.31所示。</p><p>　　圖4.

70、31 巨嘴鳥實物</p><p><b>　　5 存在的問題</b></p><p>　　1、雕刻機所配備的刀具種類單一，不能進行多種刀具加工。</p><p>　　2、雕刻機電動機功率較小，雕刻速度較慢。</p><p>　　3、雕刻機所配備的計算機在工作時間過長之后，會出現(xiàn)死機現(xiàn)象，影響產(chǎn)品質(zhì)量。</p&g

71、t;<p>　　4、雕刻材料切削性不好，受熱易融化，不易切削。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　我的畢業(yè)設(shè)計目標非常明確：基于USB數(shù)控系統(tǒng)的雕刻加工研究?；谶@個目標，我系統(tǒng)地學習ArtCAM軟件、CNC USB Controller和NUT－2雕刻機的操作，在老師的指導下、同學們的幫助下，加上自身的鉆研和努力，完成了

72、雕刻作品的設(shè)計和作品的實物雕刻。在畢業(yè)設(shè)計的過程中，我對ArtCAM由淺到深，有了深入的了解。產(chǎn)品制造也由最初的試驗到現(xiàn)在的自己設(shè)計作品、雕刻作品。通過閱讀相關(guān)書籍，我對產(chǎn)品設(shè)計、制造工藝等工作流程有了初步的了解。但是由于實際操作經(jīng)驗的缺乏以及對軟件某些概念的含糊不清，使設(shè)計一度處于停滯狀態(tài)。這表明上看來是一個不利條件，但換一個角度來看，這對我能力的培養(yǎng)卻是很有利的。這使我深刻地體會到在缺乏經(jīng)驗，缺乏外界幫助的情況下如何獨立工作，比如，

73、我自己獨立地找資料，向有這方面工作經(jīng)驗的朋友請教，到社會調(diào)研市場等，我認為這能夠很好地培養(yǎng)了我獨立學習和獨立工作的能力。 </p><p>　　在這整個畢業(yè)設(shè)計過程中，我掌握了ArtCAM的基本操作能力，如二維建模、三維建模、刀具路徑的生成等，同時，我還掌握了CNC USB Controller與NUT－2雕刻機的操作，并制作出大量的產(chǎn)品。通過分析與研究，我對CAD／CAM技術(shù)有了更深的認識。這一切是在純理論學習

74、中學不到的。在整個畢業(yè)設(shè)計的過程中，我一邊學習，一邊進行實際操作，力求完善。</p><p>　　由于時間及水平的原因，在此次設(shè)計中，一定存在一些錯誤和不足。例如我對相關(guān)軟件的掌握還不夠深入，效率也有待提高，這些都是難以避免的。但這次畢業(yè)設(shè)計使我對ArtCAM這個軟件有了大體的了解，有了一定的實際經(jīng)驗，積累了一些工作方法和思路，我想這也是我們的畢業(yè)設(shè)計要達到的最根本的目的。</p><p>

75、;　　畢業(yè)設(shè)計結(jié)束了，但我相信它更是一個開始。它使我獲得了寶貴的經(jīng)驗，為我以后的工作、學習打下了一個堅實的基礎(chǔ)。我將帶著它走向今后的學習和工作崗位，追逐自己的理想和夢想，實現(xiàn)我的人生目標和價值。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在此次畢業(yè)設(shè)計過程中，本人始終得到了指導老師許軍的悉心指導。在設(shè)計過程中，我遇到許多自己不清楚的問題，并經(jīng)過

76、自己的努力仍不能獲得答案的情況下，許軍老師給予了我很大的幫助和指導，使我很快明確了問題的實質(zhì)，理清了思路。在設(shè)計和論文編寫期間，許軍老師給我提供了很多思路，他的一絲不茍的態(tài)度給我留下了深刻的印象。我衷心地感謝許軍老師，因為他對學生的嚴格要求，使學生懂得一絲不茍、刻苦鉆研、獨立自主的意義。同時，我還要感謝同組的梁歡同學，感謝他在這幾個月里給予我的幫助。最后感謝機械工程系領(lǐng)導、老師和同學在我學習期間給予的關(guān)心、支持和幫助！</p>

77、;<p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　1 劉文信、孫學禮，機床數(shù)控技術(shù)[M],機械工業(yè)出版社,1995</p><p>　　2 王青松、傅建中,面向?qū)ο蟮挠嬎銠C數(shù)控雕刻控制軟件[J],機電一體化,2000(6)</p><p>　　3 邊海龍、賈少華，USB2. 0設(shè)備的設(shè)計與開發(fā)[M]，北京，人

78、民郵電出版社，2004</p><p>　　4 張昱、劉志峰，經(jīng)濟型三維機械雕刻機的開發(fā)[J],機械制造與研究，2006, 35 (4)</p><p>　　5 薛彥成，數(shù)控原理與編程[M]，北京，機械工業(yè)出版社，1994</p><p>　　6 陳亮、劉開華，通用USB總線接口設(shè)計與應(yīng)用[J]．電子測量技術(shù)，2006，29(3)</p><

79、;p>　　7 王潤孝、秦現(xiàn)生，機床數(shù)控原理[M]，西安，西北工業(yè)大學出版社，2000</p><p>　　8 康榜聯(lián)、文懷興，基于PC的雕銑機數(shù)控系統(tǒng)的研究 [J].機械制造與自動化，2008</p><p>　　9 賴國庭、吳玉厚，富大偉，開放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展及性能研究[J]，機械與電子， 2003</p><p>　　10 馬偉，計算機USB系統(tǒng)原