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1、一、 实验室名称研究院大楼 工程训练中心 114A二、 实验项目名称精密模具表面的数控雕刻三、 实验原理(一) 数控铣与精雕机对比数控铣主轴功率大（10000w100000w），最高转速低（5000r/min8000r/min），进给速度低（约为40m/min）。适合做大吃深低速进给，以及4mm以上刀具的加工，大中型零件的加工。精雕机主轴功率较低（4000w以下），最高转速高（一般为15000r/min40000r/min，最高可达100000r/min），进给速度高（约为400m/min）。可加工HRC60左右的淬火钢。适合加工中小型零件的精加工。(二) 雕铣机既可做精细雕刻，又能做切割、镂
2、铣。例如做三维雕刻，200mm宽材料可一次完成，一次进刀量相当大。雕铣机可供选用的刀具直径规格从1mm16mm，其刀具长度为5080mm。我们可以灵活使用，装细刀干细活，装粗刀干大活。由于机器设计注重重型负载，机架钢性大，Z轴行程大，因此不仅可以做小型雕刻机的工艺，更可高速切割厚的板材，一次进刀量可达20mm30mm。(三) 数控高速机数控高速机包含：高速主轴单元，高速进给系统，高速CNC控制系统，高性能的刀具系统，机床支承技术和辅助单元（装夹、冷却、安全、清洁等）。1. 高速主轴单元高速主轴部件是高速机床最为关键部件之一，同时高速主轴单元的没计是实现高速加工的关键技术之一。高速主轴单元的类型
3、主要有电主轴、气动主轴、水动主轴等。不同类型的主轴输出功率相差较大。高速主轴要在极短的时间内完成升降速，并在指定的位置快速准停，这要求主轴具有很高的角加速度。主轴的驱动如果通过带传动等中间环节，不仅会在高速状态打滑、产生振动和噪声，而且增加了转动惯量，机床主轴快速准停非常困难。高速加工机床主轴系统在结构上几乎都是采用交流伺服电动机直接驱动的集成结构形式。集成化主轴有两种形式：一种是通过联轴器把电动机与主轴直接联接，另一种是把电动机转子和主轴做成一体。2. 高速进给系统高速机床必须同时具有高速主轴系统和高速进给系统，这不仅是为了提高生产率，也是为了达到高速切削中刀具正常工作的条件，否则会造成刀具
4、急剧磨损，破坏加工工件的表面质量。进给系统只有在很短的时间内达到高速和在很短的时间内实现准停才有意义。为了实现高速进给，除了可以采用经过改进的滚珠丝杠副外，直线电动机驱动成为高速进给系统的发展方向。3. 高速CNC控制系统高速加工机床主轴转速、进给速度和进给加减速非常高，因此对高速加工机床的控制系统提出了更高的要求。用于高速切削的数控装置必须具备很高的运算速度和精度。采用快速响应的伺服控制，以满足复杂型腔的高速度加工要求。4. 数控高速机床身（支承）为保证机床的高精度、高稳定性和高刚性，所有铸件都应采用有限元分析来优化设计、采用高阻尼性能的优质铸铁制造，均经过了振动时效处理。可直接对淬硬模具钢
5、进行高速铣削，且曲面加工速度快、质量好、大大缩短了模具加工的工艺流程、提高生产效益。床身、一体化横梁等主要部件保留砂芯都使机床的抗振性能更佳。(四) 实际应用机器雕刻的出现为广大加工厂家都带来了经济上不同程度的变动。它们在雕刻过程中取代了原有的手工雕刻，在工作效率上有的明显提高，加工成本也相对的减少许多，可以说雕刻机的出现改变了很多人的命运。一般数控铣和精雕机搭配使用，使用数控铣进行较大零件的粗加工，然后在精雕机上进行半精和精加工。对于去除量不大的零件，可以直接在精雕机直接完成从开粗到精加工的过程。采用传统加工方式把大切削量（开粗）的工序完成后，将剩余0.5mm左右的加工余量的工件在高速加工机
6、床上快速完成。这样做有很多好处：重切削机床很多，加工费用很低，刀具便宜，可节省很大的加工成本。开粗加工完毕后加工工件接近成型，切削量较小，这样就可以最大限度的发挥高速加工机床的优势，快速成型，加工尺寸精度高，并且工件有非常好的表面光洁度，节省抛光时间，有时可以达到光面效果。四、 实验目的(一) 了解数控雕铣机床的工作原理及性能指标，了解高速切削对模具表面质量的影响(二) 熟练掌握编程代码，掌握编程技巧和方法(三) 合理制定加工工艺，正确确定精密表面精雕细刻的切削参数。五、 实验内容(一) 选取并ps精密模具表面的雕刻图案，编制雕刻图案的雕铣程序(二) 制定加工工艺规程(三) 在数控雕铣机床上雕
7、刻出设计的图案六、 实验器材（设备、元器件）ArtCAD软件，数控铣床（雕铣刀），115*115板材，游标卡尺七、 实验步骤(一) 选取并ps精密模具表面的雕刻图案选定浮雕加工的灰度图如图1 。(二) 编制雕刻图案的雕铣程序打开ArtCAD软件，将PS好的灰度图拖至软件中。设置相关尺寸：原点位置，图像尺寸（长、宽、高），单位等。视图调至3D后制定刀具路径：加工浮雕确定策略设置加工安全高度选取刀具材料设置计算刀具路径（名字用两个英文字母即可）仿真刀具路径刀具路径保存刀具路径按my Lathen*.PIM格式输出加工文件保存文件（6位数字）打开生成程序倒数第3行GOY300，M30改为GOY200
8、，M30保存。(三) 在数控雕铣机床上雕刻出设计的图案用游标卡尺测板材尺寸，划出中心点。将板材固定在工作台上。将编制好的粗加工程序导入机器。机器换刀回零确定原点回零选择程序开始粗加工结束。将编制好的精加工程序导入机器。机器换刀回零确定原点回零选择程序开始粗加工结束图1 选定浮雕加工的灰度图八、 实验数据及结果分析(一) 加工参数安全高度： 15mm 图像尺寸：115.0mm93.33mm(二) 粗加工程序：%,MX-,;(FROM ARTCAM2008 TO FAGOR 8055i(M);(X=115.000 Y=93.325 Z=1.000);(T1 is 6.000 毫米 直径的球头刀)S
9、10000 M3G71 G0 G90 G17 G40 G51 E0.01M8G04 K500G54G0 Z15.000G0 Z20.000G0 X0.000Y0.000G0 X-57.499Y-46.718Z15.000G1 Z-1.000 F600G1 X-57.387 F800X-54.242X-53.007Z-0.988X-52.108Z-1.000X-49.638X-40.766X-16.621Z-0.971X-15.835Z-0.994X2.358Z-1.000X21.113X44.247X57.499Y45.907Y46.206X57.387X-57.499Y46.305Y46.6
10、04X-57.387X57.499G0 Z15.000G0 X0.000Y0.000Z20.000G0 Z15.000M05M09G0 Y200.000M30%,MX-,(三) 精加工程序：%,MX-,;(FROM ARTCAM2008 TO FAGOR 8055i(M);(X=115.000 Y=93.325 Z=1.100);(T1 is 1.000 毫米 直径的球头刀)S20000 M3G71 G0 G90 G17 G40 G51 E0.01M8G04 K500G54G0 Z15.000G0 Z20.000G0 X0.000Y0.000G0 X0.000Y-0.056Z15.000G1
11、Z-0.016 F700G1 X0.005Y-0.053Z-0.017 F1000X-0.019Y-0.042Z-0.017X-0.029Y-0.077Z-0.014X0.015Y-0.102Z-0.013X0.044Y-0.088Z-0.016X0.060Y-0.056Z-0.020X0.053Y-0.017Z-0.020X0.022Y0.012Z-0.018X-0.024Y0.018Z-0.017X-0.068Y-0.007X-0.090Y-0.056Z-0.016G1 X-57.432Y46.442 F1000G0 Z15.000G0 X-57.442Y-46.562G1 Z-1.100
12、 F700G1 X-57.371Y-46.649 F1000G0 Z15.000.G0 X57.385Y-46.660G1 Z-1.100 F700G1 X57.455Y-46.573 F1000G0 Z15.000G0 X57.488Y46.440G1 Z-1.100 F700G1 X57.418Y46.528 F1000G0 Z15.000G0 X-57.396Y46.582G1 Z-1.100 F700G1 X-57.466Y46.495 F1000G0 Z15.000G0 X-57.476Y-46.615G1 Z-1.100 F700G1 X-57.406Y-46.702 F1000G
13、0 Z15.000G0 X0.000Y0.000Z20.000G0 Z15.000M05M09G0 Y200.000M30%,MX-,图2 精加工过程中图片九、 实验结论加工成功，完成作品效果图如图3.图3 雕刻成品效果图十、 总结及心得体会不足：因为对正原点时Z方向下降过度，雕刻成品的中心有一个小坑没有铣掉。改正：实验过程中需谨慎，在刀将要接近工件表面时，应打到小倍率对Z进行微调，一格一格往下走，并且，在调好时应及时将微调旋至OFF，以免误触损坏工件。收获：在精加工时判断刀已经到达工件表面的方法，在工件表面放一个小纸片，对Z方向进行微调，当纸片不能移动时，说明刀已经到达工件表面，记下坐标。十一、 对本实验过程及方法、手段的改进意见老师可以在集体上课期间实际示范一次操作过程。加深印象。
