基于MasterCAM的平面圖畫快速雕刻

蔣三生

（北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，北京102208）

0 引言

數(shù)控雕刻技術(shù)在家具裝飾、標(biāo)牌、廣告、模型制作等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，有浮雕、平雕、鏤空雕刻等多種方法。平面雕刻是數(shù)控雕刻技術(shù)中應(yīng)用最廣泛、成本最低、效率最高的一種雕刻技術(shù)，主要是通過專用CAM軟件將已經(jīng)處理好的平面圖案模型進(jìn)行加工工藝處理，生成CNC能直接識(shí)別的數(shù)控程序，再傳輸至數(shù)控平面雕刻機(jī)床上進(jìn)行加工。這種雕刻方法快速高效、設(shè)計(jì)成本低，但一般只提供一定數(shù)量的圖案、花紋、藝術(shù)畫等平面圖形供用戶選擇，如果要滿足客戶特殊的雕刻需要，則需要增加平面圖畫的設(shè)計(jì)成本。

1 位圖向矢量圖的轉(zhuǎn)換

利用數(shù)控銑床雕刻如圖1所示大小為60 mm×60 mm，深度為0.1 mm的平面圖畫（*.JPG格式）時(shí)，由于沒有現(xiàn)成的矢量圖，首先借助Algolab PtVector工具軟件，將位圖文件快速轉(zhuǎn)換為矢量圖文件（*.DXF格式），轉(zhuǎn)換結(jié)果如圖2所示。由于軟件處理的缺陷，新得到的矢量圖形中各線條元素不連續(xù)，形成很多的斷點(diǎn)，直接影響工藝處理過程中的走刀軌跡，造成頻繁的抬刀和下刀，自動(dòng)生成的加工程序極其繁瑣，不利于快速加工，并且存在部分圖素缺失的現(xiàn)象，雕刻出來的圖畫美觀性差，需要利用CAD軟件對(duì)轉(zhuǎn)換后的矢量圖文件進(jìn)行一定的處理，主要是把相關(guān)的圖素進(jìn)行合并處理，并刪除一些模糊的圖素和雜點(diǎn)，填補(bǔ)一些缺失的圖素，處理后的位圖文件如圖3所示。

圖1 平面圖案位圖

圖2 轉(zhuǎn)換后的平面圖案矢量圖

2 基于Master CAM的工藝處理

2.1 前置處理

圖3 處理后的平面圖案矢量圖

選用MasterCAM X軟件對(duì)該圖畫進(jìn)行加工處理。具體步驟如下：1）打開前面經(jīng)CAD軟件處理好的*.DXF位圖文件；2）平移圖畫到合適位置，使圖畫的中心位置與繪圖區(qū)坐標(biāo)系原點(diǎn)位置重合，并經(jīng)過適當(dāng)?shù)谋壤s放，使圖案大小控制在60 mm×60 mm尺寸內(nèi)；3）【機(jī)床類型】選擇為【銑削】【MILL3-AXISVMC MM.MMD】，對(duì)材料進(jìn)行設(shè)置，大小為60 mm×60 mm×10 mm，最終效果如圖4所示；4）在【刀具路徑】中選擇【外形銑削】對(duì)圖畫進(jìn)行加工工藝處理，采用“窗選”方式拾取全部的圖畫元素；5）在【刀具參數(shù)】卡片中設(shè)置好刀具號(hào)、刀具長度補(bǔ)償號(hào)等，選擇合適直徑的雕刻刀，對(duì)刀具銑削參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置，如圖5所示；6）在【外形銑削參數(shù)】卡片中設(shè)置好參考高度、下刀位置、加工表面和深度等，關(guān)閉補(bǔ)正形式，如圖6所示；7）對(duì)雕刻過程進(jìn)行工藝處理后，進(jìn)行仿真模擬加工，效果如圖7所示。

圖4 設(shè)置完毛坯材料的效果圖

圖5 刀具參數(shù)設(shè)置卡片

圖6 外形銑削參數(shù)設(shè)置卡片

2.2 后置處理

勾選上述刀具路徑軌跡，在【刀具路徑】卡片中選擇【后處理已選擇的操作】，保存文件默認(rèn)*.NC格式，確定NC代碼的保存路徑和名稱，自動(dòng)生成刀具軌跡NC程序代碼，代碼前段部分如圖8所示，其中“N104 T210 M6”換刀程序段需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改，若主軸上已安裝有雕刻刀具，則直接刪除該行代碼，若雕刻刀具已經(jīng)在刀庫中，則需根據(jù)實(shí)際的刀具號(hào)進(jìn)行修改。此外，由于不同數(shù)控機(jī)床換刀程序的格式存在差別，需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改，確保該程序能在機(jī)床上順利運(yùn)行。

圖7 仿真模擬加工結(jié)果

圖8 后處理得到的部分NC代碼

上述刀具軌跡生成NC代碼文本后，可拷貝至CF存儲(chǔ)卡內(nèi)，通過數(shù)控機(jī)床面板的CF插槽進(jìn)行讀取，或者在電腦與機(jī)床之間直接連線傳輸，由于一般的數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存不足，難以一次性導(dǎo)入全部的NC程序，可通過在線加工的方式完成平面圖畫的快速雕刻。

3 結(jié)論

對(duì)所選圖案進(jìn)行數(shù)控雕刻時(shí)，如何快速有效地將圖案文件轉(zhuǎn)換成CAM能識(shí)別的矢量圖文件是本次研究的重點(diǎn)工作，由于Algolab PtVector工具軟件在轉(zhuǎn)換文件格式時(shí)存在一定的局限性，難以得到完美的矢量圖素，需要借助CAD軟件對(duì)轉(zhuǎn)換后的*.DXF文件進(jìn)行圖素的優(yōu)化再處理。此種圖案的優(yōu)化處理方法，能廣泛應(yīng)用于平面雕刻領(lǐng)域，大大減少了圖案的人工設(shè)計(jì)周期和成本，柔性化程度高，對(duì)于滿足客戶的特殊需求具有重要的意義。

［1］ 羅建新.MasterCAM編程與加工項(xiàng)目教程［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2011.

［2］ 劉文.MASTERCAM X2中文版數(shù)控加工技術(shù)寶典［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2008.

［3］ 劉培義.數(shù)控雕刻技術(shù)在家具生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.林產(chǎn)工業(yè)，2012，39（1）：48-50.

［4］ 鄺衛(wèi)華.基于MasterCAM的平面圖形雕刻加工技術(shù)［J］.工具技術(shù)，2011（3）：59-61.