数控雕刻机软件浅谈

数控雕刻机软件浅谈（共9篇）

篇1：数控雕刻机软件浅谈

数控雕刻机软件浅谈

（一）针对于机械雕刻机而言，我从前谈了一下关于雕刻机应用方面的一些浅见（详见《数控雕刻机应用见解之一二》一文），这回我再谈一谈关于软件方面的一些问题，请各位指导或参考。

日常我们所见过的雕刻机品牌很多，所应用的软件通常是“文泰雕刻软件”、“精雕雕刻软件”、“海尔雕刻软件”、“ＴＹＰＥ３”、“ＡＲＴＣＡＭ”、“ＣＩＭＡＴＲＯＮ”，以至于应用于模具行业的“ＭＡＳＴＣＡＭ”、“ＰＲＯ／ＥＮＧＩＮＥＥ”等专业级软件。笔者不是神仙，这些软件我本人并不全部精通，只对其中一二款软件熟悉一些而矣。首先声明一下，因市场上使用“文泰”、“ＴＹＰＥ３”的用户较多，因此，笔者在学习过程中经常使用这两款软件，另外，笔者也参考一下“ＡＲＴＣＡＭ”软件的一些功能。

“文泰”是一款用户非常熟悉的软件品牌，“文泰”系列软件产品在操作上的统一性使得软件易学易用，非常方便，本人在培训客户时一般只需要一天时间，客户基本上就可以独立操作。目前这款软件还无法制作浮雕，所以针对广大广告行业专门从事切割水晶字、３Ｄ字的客户是一个非常理想、高效的软件。“文泰”软件作为优秀的国产软件，其闻名度是不言而喻的，然而其刀路计算上可能还有些缺陷，尤其是在制作３Ｄ字时会出现画圈等问题，这需要用户仔细检查，经过修改后才可输出。不知新版本软件有无改进这个问题。我对这套软件的评价是，没有什么难度，非常好学好用，但要制作复杂一些的作品就要仔细一些，这可能会用掉您不少时间，还有就是浮雕没办法制作。

“TYPE3”是一款法国制作的软件，它的功能就强大得多，无论是2D、3D效果，还是浮雕，都可以处理，只是使用习惯与我们通常使用WINDOWS软件不大一样，在初期操作时，不那么得心应手。但它确实是非常好用的一套软件，不是笔者为它作广告，为的客户能够学好这套软件，我还真下了一点功夫，虽然是自学，还真弄出点小名堂。“TYPE3”在浮雕处理上确实为客户解决了一些问题，我的一些客户是制造小模具的，因为没有数控专业人员，更没有人学过“MASTCAM”和“PRO/ENGINEE”这样专业的软件，那么“TYPE3”就有它用武之地了，可是用了几天时间就发现简单地浮雕制作所制作出来的模型不够标准，误差较大，这几乎使他们陷入了决地，正在无计可施时，我启发他们使用“TYPE3”中的图形拟合功能来解决了这个问题，因为在培训期间，排版、编辑和拟合模型都是简单介绍性的讲一遍，以后尤用户自己再深入了解，另外，我们培训的课程也只是针对用户工作情况来特别安排的，这样用户在急于求成的状态下，一没有自我独立学习能力，二不能快速熟悉软件，如果商家也无法解决问题的话，客户或许只有退货了。所以说，“TYPE3”虽然不错，但学习起来有一定的困难，我对这套软件的评价是使用起来很方便，学会操作也不算难，但要精通可不太容易。

最后谈一谈“ARTCAM”软件，我用的是英文版的，对于我这个英文不按的人来说真有些困难，但通过几次使用后，觉得这款软件也相当不错，我使用后不久之后就把它推荐给一个客户，他对这款软件比较友好，他可是一直推崇“精雕”的，虽然他还没用过“精雕”软件，他用的是“文泰”，但他所制作的模具经常与精雕机器做比较，因此，对“精雕”软件比较熟。而我也没用过“精雕”软件，只是在宣传物上拜读过“精雕”软件的一些功能介绍，所以我介绍他使用“ARTCAM”软件试试，一试之下，他就被“ARTCAM”灵活的浮雕设计方式所吸引。那么对它的评价我就不多说了。

以后我试着把我所制作的样品及过程向大家做些介绍，它们是分别用不同的软件制作的，相信大家会对这些软件有更多的了解。

篇2：数控雕刻机软件浅谈

数控雕刻机主轴是数控雕刻机的重要组成部分,如果雕刻机主轴出现故障将直接影响雕刻机正常工作,造成经济损失,小编总结了数控雕刻机常见的故障及处理方法，供广大用户朋友参考。

1.主轴电机发烫。解决办法：检查水泵是否工作，循环水是否低处液面。

2.主轴电机声音异常。解决办法：

1、电机是否超负荷运转；

2、电机内部存在故障，送修或更换。

3.主轴电机无力。解决方法：检查电机线是否缺相，电缆线是否短路

篇3：数控雕刻机软件浅谈

随着市场需求的不断扩大以及模具工业的迅速发展,雕刻机的应用范围日益广泛,社会对雕刻设备的需求量更是日益增加。但目前国内外生产的雕刻机价格昂贵,如美国“雕霸”、法国“嘉宝”和日本“御牧”是此行业的佼佼者,价格都在10万元人民币以上。近几年国产的雕刻机如北京“精雕”、上海“啄木鸟”在国内也有一定的市场,但也价格不菲。这些高端产品对小型客户和学校教学等领域来说成本太高,不能满足大量需求。为此,本文提出了一种基于MACH3软件控制的经济型四轴雕刻机,以满足小型客户和教学使用等需求。

1 四轴雕刻机总体设计

四轴雕刻机由机械结构、控制系统两部分构成。将G代码导入MACH3软件中,经过上位机转换,将控制脉冲传输给控制卡,控制卡驱动相应步进电机驱动器,从而使电机带动丝杠转动,完成机架上某一方向的进给运动;工件夹持在A轴上做角度旋转;通过电机带动不同轴的运动,实现主轴对工件的立体雕刻。四轴雕刻机系统工作流程如图1所示。

2 机械结构的设计

机架作为雕刻机的机械结构部分,对整个加工过程、加工效果起重要作用。雕刻机通常有立柱和龙门两种架式,相比立柱式,龙门式结构稳定性更好。龙门式又分为固定龙门式和移动龙门式,移动龙门式工作台固定,雕刻轴作横向和上下移动,龙门架作纵向移动,但龙门架移动较笨重且雕刻轴运动精度较难保证。而固定龙门式工作台移动,龙门架固定,雕刻轴作横向和上下移动,运动精度较易保证。因此本文采用了固定龙门式架构,它主要包括电主轴、旋转轴A轴、龙门架、X轴部件、Y轴部件和Z轴部件几个部分。四轴雕刻机三维结构模型如图2所示。

1-主轴电机;2-Z轴部件;3-旋转A轴;4-X轴部件;5-工作台;6-龙门架;7-Y轴部件;8-步进电机

在该机械结构中,传动部分采用步进电机驱动滚珠丝杠,通过联轴器与滚珠丝杠连接,利用双螺母消间隙原理,保证了传动精度;滚珠丝杠两侧为直线光轴导轨,承担了轴向较大的分力,保证了运动精度。运动方式采用龙门架固定,通过工作台移动来实现X、Y进给。A轴装在X工作台上,同步轮减速比为4∶1,通过三爪卡盘夹持工件做角度旋转。主轴电机带动雕刻刀具高速旋转,在Z方向上进刀、退刀进行雕刻,从而完成立体模型的雕刻加工。

3 控制系统的设计

3.1 系统硬件设计

硬件设计分为PC机与运动控制卡、驱动芯片和电机、行程限位开关和急停按钮、主轴电机调速以及电源调节4个模块。驱动板电路图如图3所示。

3.1.1 PC机与运动控制卡设计

PC机与运动控制卡连接,进行信号传输,控制着整个加工过程。刀具路径的生成、运动控制卡的操作界面都需在PC机上完成,运动控制卡是连接PC机控制和机床加工的枢纽,接收到工作信号后它会发出相应的脉冲串给步进电机驱动器和变频调速器,来控制步进电机和主轴电机的旋转。

3.1.2 驱动芯片和电机设计

驱动部分采用了东芝TB6560芯片构成的高细分驱动器,其电机振动小、噪声低、散热效果好,最高128细分,可满足每分钟从几到近千转的应用要求,驱动电路主要包括主电路、控制信号隔离电路和自动半流电路,满足了低功耗、高精度、安全性等要求;驱动电机采用57步进电机,在满足了精度需求的同时降低了设备成本。

3.1.3 行程限位开关和急停按钮设计

本设计采用电感式限位开关,分别安装在X、Y、Z三个轴的丝杠两端,用于控制三个轴的行程及限位保护,当由于代码错误或操作失误使机械运动部件将要超出行程时,触及行程开关使系统停止运行。急停按钮作为电气保护的手动操作保护,在紧急情况下可以强制使系统停止运行,从而保护人身和设备的安全。

3.1.4 主轴电机调速与电源调节设计

主轴电机的调速采用电压调节,通过对输出电压的连续改变实现主轴的无级变速调节,调节量的变化通过界面展现。电源部分包括接口板、散热、主轴电机及驱动器供电,分别输出5V、12V、30V以下连续调节电压,电源容量采用额定容量的3倍,保证了电源系统的可靠运行。

3.2 系统软件设计

运用ARTCAM软件将待加工模型模拟成刀具加工路径,并生成G代码,然后将生成的G代码导入MACH3软件中,根据加工要求设置参数,MACH3将根据G代码和设定的参数通过输出端口输出控制信号给运动控制卡。

3.2.1 加工G代码的生成

ARTCAM软件可以将平面图形转化为精致的三维浮雕模型,也可产生立体圆雕模型,并生成能够驱动数控机床的G代码,具有强大的三维模型设计功能。用户可使用此软件设计出待加工模型,将其生成G代码,MACH3 直接支持多种DXF、JPG、BMP、HPGL文件格式输入,代码通常采用TAP格式。

3.2.2 MACH3软件应用

MACH3是一种功能强大的模拟数控软件,可将PC机转换为全功能的CNC控制器,利用PC机强大的计算功能来完成译码、插补、运动分配和控制等功能,广泛应用在雕刻机和数控铣床等数控方面。MACH3软件操作界面如图4所示,本文主要介绍它的几个常用功能设置。

(1)通信端口的设定。在设置选项内选择端口,定义好输入输出引脚,包括电机脉冲、方向及速度设置,继电器主轴开启和使能设置,急停开关和限位设置。

(2)对刀设置。控制卡上有对刀端口引出,一个是对刀端,一个是COM地端,两个端口一个接电主轴,一个接对刀块。在软件界面中先设置好对刀端口,然后点击“操作”、“编辑按钮脚本”,此时主界面对刀功能区对刀按钮闪动,点击此按钮弹出代码编辑区,根据实际情况输入对刀运行速度、距离或返回距离。对刀操作时,把对刀块放置在材料表面,点击“对刀”按钮,刀头会缓慢下降,当触及到对刀块的时候Z轴坐标会自动清零,刀头自动上抬到安全高度,对刀完成。

(3)A轴回差补偿设置。测量A轴回差值,正、反向转动A轴到同一位置,其读数差即是回差值,点击“回差补偿值”,在A轴对应的空格内输入回差补偿距离。

4 实验测试

四轴雕刻机成品如图5所示。电源稳压稳流检测正常,各通信端口设定确认无误,各轴电机运转状态良好,丝杠传动平稳、精确,加工过程中龙门架稳定牢固,噪声小,旋转A轴回差值经过测量后为0.2 mm。经过测试,四轴雕刻机在实际工作中符合使用要求。

5 结语

本文设计的经济型数控四轴雕刻机采用通用PC机+运动控制卡为控制系统,兼具多任务特性和实时特性,是一种优越的开放式数控系统。通过UG三维实体建模和虚拟装配以及运动仿真检验,证明了其总体结构设计的合理性,采用步进电机接滚珠丝杠进行传动,简化了机械整体结构,提高了传动精度。

参考文献

[1]王党利,宁生科,马保吉.基于MACH数控软件的三维雕刻机结构设计与实现[J].机械与电子,2010(8):27-30.

[2]李荣泳,陈志勇,孙振忠.基于Mach3软件的经济型五轴雕刻机开发[J].装备制造技术,2011(1):76-77,85.

[3]栾陆杰,吴世雄,李健勇,等.四轴数控雕刻机控制系统的设计[J].林业机械与木工设备,2014(1):26-30.

[4]龚志远.小型CNC雕刻机设计[J].组合机床与自动化加工技术,2011(2):100-103.

[5]林炳良.基于MACH3的多轴控制教学实验模型[J].黑龙江科技信息,2011(13):152.

[6]罗奇亮,马保吉.基于MACH3软件的经济型三维机械式雕刻机开发[J].机电产品开发与创新,2009(6):184-187.

篇4：数控雕刻机软件浅谈

关键词 数控加工模拟仿真 数控加工技术 中职

中图分类号：G718.3 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2013）12-0018-02

数控专业学生面临理论联系实际的问题，如果学生能掌握数控仿真模拟软件的使用方法，就可以独立练习编程、操作机床进行切削。通过对南京斯沃数控仿真软件在教学中的长期应用，我发现传统的机床操作培训方法效率低、教师工作量大、费用高，在此给老师和学生推荐一款更适合教学的数控仿真软件，为数控专业的学生操作初期进行仿真练习提供方便。

一、数控加工仿真系统

随着虚拟现实技术及计算机技术的发展，利用计算机仿真培训系统进行学习和培训，不仅可以迅速提高被培训人员的理论、操作水平，而且非常安全，可靠性好，培训费用低。目前在国内已经出现了各种数控加工仿真教学系统，如上海宇龙、北京斐克、南京宇航、广州超软、南京斯沃等不同的数控加工仿真软件。上述这些教学系统既能单机系统独立运行，又能实现在线运行。其培训设施只需一台计算机，数控机床模拟操作在显示屏显示的仿真面板上进行，而零件切削过程由机床模拟通过三维动画演示。实践证明采取这种方法能进一步提高操作者的实际操作技能。

二、数控加工仿真系统构建

虚拟数控初床一般是通过以下的构建平台来实现上述功能：

1.NC解释平台。NC解释平台包括NC解释器和NC验证器。任务分配数据库从任务调度中接受数控代码并将其翻译为虚拟机床的部件、刀具等运动的信息，并将其通过计算模块来模拟机床的响应，NC解释器能够被自由地配置，从而能够模拟任何一种数控机床的CNC控制器。

2.NC验证器。能够验证NC代码的语法是否正确。

3.刀具库。刀具库应包括一台数控机床所需要的所有刀具，并能自由配置刀具库中的刀具号，从而能模拟多种数控机床的换刀形式及切削加工的要求。

4.仿真平台。仿真平台包括刀具轨迹仿真、切削力仿真、加工精度仿真、三维动画仿真、加工工时统计分析。仿真平台是虚拟数控机床的核心技术，操作者可以在虚拟的环境中进行机床运动和切削过程等的仿真，从中获得相关的加工数据。如进给轴的位移、换刀状态、主轴转速、进给量、切削时间，通过加工过程的仿真，了解机床的操作，验证NC代码的正确性。

5.计算平台。计算平台用来完成虚拟数控机床中各种计算，如根据NC代码计算力旺琴件新的几何形状，根据刀具的材料、运行时间、琴件的材料性质和网滑介质的性质计算刀具补偿。这些计算结果是虚拟数控机床在应用于虚拟制造过程中加工方案评价以及可制造性分析所必须的。

6.操作运行平台和监控平台。在虚拟环境中完全实现真实机床上的监控硬件和软件控制简易机床来增加虚拟数控机床的真实感，并且可以进行典型零件的实验加工，让初学者有种身临其境的感觉。尤其是为初学数控编程者实际调试加工，节约了大量的材料和能源。

三、数控仿真系统功能及在教学中的应用

1.界面友好、新颖，画面视觉上呈淡蓝色，三维立体感较强，CRT显示面板、操控功能面板可随鼠标做拖动，随时进行隐藏、显示移动，机床操作界面也可实现全屏幕及缩放。值得一提的是系统上集成了各种数控机床制造厂商的操控面板。

2.数控仿真系统的刀库有自定义功能，可以自己定义刀杆长度，刀片厚度，刀片类型，甚至刀片边长。在参数设置里增加了刀架的前、后位变化，刀位数也可选四工位、八工位。

3.对刀与建立工件坐标系的易操作性和准确性是软件的一个重要功能。使用表明，数控仿真系统的失误率是最低的，几乎达到100%，这里需要说明的是，软件只要鼠标移动到切削层，数值就自动显示出来。软件还有一个对刀的快捷方法，就是点击“功能”，点击一下“快速对刀”按键，当前刀具即可快速移动到工件的大径或中心，各种刀具均可使用此功能，十分方便。

4.数控仿真系统网络教学功能：（1）用户管理。通过服务器注册用户名和密码，学生可以在局域网内任何一台PC登陆数控仿真系统网络版，达到统一管理与监控。（2）习题管理。服务器可以增加、编辑习题。教师发送习题图片，学生答题，互发解答，方便与学生的交流。（3）网络监控。可根据注册信息，记录学生操作过程，服务器远程控制和查询学生的登陆和退出以及加工操作，同时教师可以对多个屏幕广泛传授教学。（4）考试考务系统。包括题库管理，试卷管理，考试过程管理，数据管理，准考证管理，考试成绩管理以及试卷自动评分技术，这些问题可以轻松解决，从而避免编程时人为出错或工艺不合理造成工件报废。

从我校引入数控仿真系统效果看，数控仿真软件在整体上有软件界面细腻，三维造型做得形象、新颖的优势。无论是程序调用、操作、对刀、运行都很贴近实际机床功能，仿真范围也比较宽泛。学生在学习数控编程理论时，课堂的教学变得更加生动、更加具体，激发学生的学习兴趣，教学效果明显得到提高。同时该系统还可以减轻老师的工作强度，减少工件材料和能源的消耗，节约了实践环节培训成本，效果十分显著，成为数控教学中一种不可替代的重要手段。

参考文献：

[1]黄筱调，赵松年.机电一体化技术基础及应用[M].北京：机械工业出版社，1994.

[2]徐伟.数控机床仿真实训[M].北京：电子工业出版社，2004.

[3]李河水.机械数控加工仿真软件的教学应用[M].南方农机，2007，（5）.

篇5：数控雕刻机软件浅谈

浅谈宇龙仿真软件在我校数控专业教学中的作用

文/于崇山

摘 要：随着数控专业的开设，探索和尝试新的教学方法已刻不容缓。通过对仿真软件教学的实践，谈谈宇龙仿真软件在学校数控专业教学中的作用。

篇6：数控雕刻机软件浅谈

影雕艺术起源于明清时期, 至今已有数百年历史。影雕采用“针黑白”的工艺, 利用天然黑色大理石表面受敲击后会产生灰白色痕迹这一特点, 在黑色天然大理石上用“针状”刀具敲击出的点来描绘照片, 且通过点的疏密反映黑白照片中颜色的明暗变化, 最终形成形象逼真的画面。由于影雕选材天然, 具有独特的艺术风格且永不退色, 因此其在工艺品、装饰行业占据着重要的地位, 拥有巨大的市场需求。

从现代数控加工技术着手研究了如何将这一传统手工工艺转变为现代自动化制造工艺, 分析了影雕的数控雕刻方法, 介绍了开发的影雕雕刻自动编程软件的主要功能、操作流程和仿真测试方法。

1 数控影雕雕刻方法

1.1 图像的二值化处理

影雕展示出的效果类似于黑白照片, 由于黑白照片属于灰度图像, 而黑色大理石上显示图像的原理是通过石材表面打点显示灰白色, 不打点保留原有黑色来实现的, 因此必须对灰度图像进行二值化处理。图像的二值化处理使用了半色调技术, 它是一种将连续色调的灰度图像进行空间调制, 并通过二值输出, 形成一个在视觉上近似于原灰度图像的技术, 其效果如图1所示。本质上, 半色调就是用点的疏密程度来再现不同的灰度, 而这也正是影雕的本质之处[1]。

此处半色调技术采用误差扩散算法完成图像的二值化处理, 其核心是在量化一个像素时考虑量化与其相邻的像素时产生的量化误差, 并将量化产生的误差扩散到它相邻的像素上, 这样可以保证转换后图像的整体灰度与原图像相近, 其数学描述如下:

式中, f (i, j) 为原图像 (i, j) 像素点的灰度值, f× (i, j) 为误差扩散后的灰度值, t为阀值 (一般取128) , b (i, j) 为量化后的二值图像 (255表示白色, 0表示黑色) , e (i, j) 为量化误差, h (k, l) 为误差扩散分配系数, 该系数由Floyd和Steinberg提出的误差扩散算法给出, 如表1所示。

1.2 自动编程软件的处理流程

数控影雕自动编程软件的主要功能是完成图像的二值化处理和数控加工指令的生成, 其主要处理流程如图2所示。

2 软件的主要功能

该自动编程软件采用Visual Studio 2008编写, 语言编程为VISUAL BASIC, 考虑到该编程软件应简单易用, 因此使用了单一编程界面 (SDI) , 所有的操作选项均按类别分类[2]。该自动编程软件能够对加载的图像进行必要的数字处理, 并根据影雕加工的工艺参数生成数控加工程序, 同时能将数字处理后的图像生成可被其他自动编程软件读取的CAD数据文件。下面对该软件的主要功能做出介绍, 软件的运行界面如图3所示。

2.1 图像的二值化处理功能

软件可对加载的图像文件进行预处理, 判断其是否为灰度图像, 如果符合要求则提供后续的二值化处理功能, 否则将提示用户是否对其进行灰度转换, 当用户许可时将完成图像的灰度转换, 该功能确保了导入图像数据的正确性。预处理完成之后即可点击“二值化处理”功能完成灰度图像的二值化, 处理后的图像将会显示在软件的左边图像预览区域。

2.2 影雕加工参数设置功能

该影雕雕刻自动编程软件提供了6组加工参数的选择与输入功能, 分别为加工速度、程序名、主轴转速、加工深度、冷却液和比例系数。其中加工速度表示机床的进给速度, 单位为mm/min;程序名为数控加工程序的名称, 其命名法则必须符合FANUC数控系统的命名要求, 即第一个字符为字母O, 后面为4位数字, 该软件中只需提供程序名的后4位数字即可;主轴转速单位为r/min;加工深度表示影雕中白色像素的切削深度, 且数据值必须为负值;冷却液表示加工中是否提供冷却液, 即生成的数控加工程序中是否有冷却液开/关指令;比例系数可调整加工出的影雕实物与数码照片尺寸之间的比例, 可实现影雕加工尺寸的随意缩放, 其默认值为1。

2.3 数控加工程序输出功能

该自动编程软件可直接由数码照片生成数控加工程序, 当完成影雕加工参数的设置之后可选择软件的“生成程序”按钮生成数控加工程序。由于实际数控加工中需要通过对刀操作设置工件的编程原点, 该软件默认x, y向原点位置为工件的左下角, z向的原点位置为工件上表面。

2.4 数据接口功能

该编程软件还可以将处理后的二值图像转换为CAD文件供其他自动编程软件使用, 本次设计的数控影雕加工编程软件可支持ASCII格式文件的生成。该格式是将二值图像中的白点用一系列点的坐标来表示, 其中点的z坐标值为零 (由其他编程软件设置加工深度) , 所有点的坐标构成了一份数据文件, 又称“点云”数据。该文件为文本文件, 其文件扩展名可任意, 但在使用时应注意特定自动编程软件对文件扩展名的要求, 例如使用Master CAM软件读取ASCII格式文件时必须要求文件扩展名为DOC[3]。由于有了数据接口的支持, 用户可以将处理后的二值图像转换为二维点阵并由其他CAD/CAM软件进行编辑, 通过该方法使得用户拥有了更多的加工选择方案。

2.5 其他辅助功能

该自动编程软件还提供了输入参数合法性校验、建议毛坯尺寸和文件保存功能。当用户输入加工参数时可能会因为误操作而输入如字母或标点符号等非法字符, 因此必须对该输入结果进行正确性验证, 以防止程序的崩溃, 当输入的数据为非法字符时软件将显示警告并将文本框中的数据恢复为初始值。毛坯尺寸是指导用户完成影雕加工的必要条件, 当用户加载图像文件后软件即提供所需毛坯的长宽尺寸, 同时当用户修改加工参数中的“比例系数”时建议的毛坯尺寸也会随之更新。用户完成图像文件的二值化处理或数控加工程序的输出后, 为保存其结果软件提供了对新图像或数控加工程序的保存功能。

3 软件的操作流程

下面以图1中的灰度图像为例说明其影雕雕刻自动编程的操作流程。

1) 选择软件的“打开文件”按钮加载图像文件, 如原文件不是灰度图像则将被自动转换为灰度图像;

2) 选择“二值化处理”按钮, 软件将完成图像的二值化处理, 使其适合影雕加工;

3) 根据加工要求选择合适的加工参数;

4) 选择“生成程序”按钮, 软件将完成数控加工程序的生成;

5) 如需将处理后的图像生成为可供其他自动编程软件读取的CAD文件则选择“生成ASCII”按钮, 软件将完成CAD文件的生成。

4 数控影雕加工的仿真测试

当二值图像被处理为数控加工程序后还应对加工效果进行测试, 此处选择了Northwood Designs公司的专业数控加工仿真软件“The Meta Cut Utilities”进行测试。生成数控加工程序时采用的加工参数分别是:加工速度为1000mm/min, 加工深度为-0.13mm, 冷却液为OFF, 主轴转速为2000r/min, 比例系数为5, 仿真软件选择的毛坯尺寸为314×420×5, 刀具选择刀尖角为30°的尖刀, 其最终的仿真效果如图4所示 (毛坯颜色设置为黑色, 毛坯被切削部位设置为白色) , 总的加工时间经模拟计算为1h 41min。

5 结语

分析了影雕的数控加工方法, 介绍了数控影雕自动编程软件的主要功能、操作流程和仿真测试方法。所生成的数控加工程序经仿真测试, 能够达到影雕的工艺要求。同时该软件提供了数据接口功能, 可将处理后的二值图像生成为CAD文件供其他自动编程软件使用, 这大大提高了该软件的通用性。

参考文献

[1]叶建华, 谢明红, 贾敏忠.数控激光影雕系统的研究[J].机械与电子, 2005 (7) :49-51.

[2]汤涌涛.Visual Basic 2008从入门到精通[M].北京:清华大学出版社, 2008.

篇7：数控雕刻机软件浅谈

【关键词】院校；数控机床；数控仿真软件；理论教学；实训教学

我校的教学特色是以学生动手能力为主，学生实际操作能力较强，到企业后“上手”快，很容易融入到企业的日常生产工作中去。学生在校期间学生不但要学习理论知识更重要的是要学习实训操作经验，有的教学科目如钳工、电工、焊工的实训教学学生都是一人一个工位，理论教学和实训教学可以很以很轻松的融为一体，老师在课堂上讲解学生在实训室操作，每个学生都能得到充分的训练，理论教学和实训教学的效果都很好。可数控专业由于理论教学内容较为抽象，实训设备又价格昂贵不能人手一台学生得不到充分的训练教学效果不是好，数控仿真软件的引进数控仿真实训室的建立有效的解决了数控专业理论教学和实训教学中的很多问题，下面结合我自己的教学实践谈谈数控仿真软件在数控专业教学中的应用。

一、数控仿真软件在理论教学中的应用

以《数控车编程》的理论教学为例，学习内容较为抽象多数学生在学习过程中都像是在听天书，学不懂学不会造成恶性循环使很多学生放弃学习这门课程，而《数控车编程》这门课却是数控专业中极为重要的课程，传统的课堂教学模式很难解决之一问题，使很多老师与学生都极为苦恼。我校为解决之一难题使学生学的懂学的会，于2005年建立了数控仿真实训室有效的解决了之一难题，在课程计划中可以安排课堂教学30%实验教学70%，在课堂教学上采用多媒体教学方式应用数控仿真软件一边讲解一边应用仿真软件演示操作，在教学中可以应用数控仿真软件讲解控制面板及各功能按键的意义和使用方法，消除学生对数控机床的陌生感，通过软件可以演示上件、换件、对刀一系列的操作过程使教师可以很好的讲解在操作过程中的注意事项这样也为实训操作打下了基础，学生在学习过程中有时很难理解指令对刀具的控制，数控仿真软件带有的显示刀具轨迹功功能可以形成刀具加工轨迹使学生很明了的看到指令对刀具的控制，有助于学生学习把抽象的问题直观化。

在理论教学的实验环节，学生进入数控仿真实验室应用数控仿真软件，按照老师给定的图纸进行编程然后输入到仿真软件中进行仿真加工，让学生自己动手操作在这期间学生不但可以跟为熟练的使用数控操作面板，同时对数控加工过程如对刀、换刀、上件、换件等实际加工内容有了较为深刻的认识。应用数控仿真软件自己编辑程序加工工件可以加深学生对编程指令和编程方法的认识，在这过程中发现问题老师及时帮助解决。实验环节不同于实训教学，学生一系列的操作都是在电脑上面完成不像机床操作那样危险性较高，学生可以大胆尝试激发学习兴趣开拓思路，学生应用仿真软件加工出工件，使他们产生成就感消除学生学习编程课的畏惧情绪使他们更好的学习《数控车编程》课程，有效的解决课程抽象难懂的问题，使更多的学生学的懂学的会。

二、数控仿真软件在实训教学中的应用

学生通过在理论教学中的学习对数控加工有了一定的了解，能根据图纸在仿真软件上加工出工件，可仿真加工和实际机床操作毕竟不是一回事，在实际加工中有很多问题需要谨慎对待，如数控车床上工件的装夹，夹的过紧工件变形，夹的过松工件在加工过程中发生窜动不但工件和刀具易损坏甚至会照成工件飞出伤人，可以说仿真软件解决了数控数控专业教学中的一些难题，可数控加工不能只停留在仿真加工，还是要加大实训力度，合理制定加工方案编制加工程序完成工件的切削加工。由于数控机床价格昂贵不能像在实验室一样人手一台电脑，为解决之一难题学校建立了机加工实训室采用数控机床和数控仿真软件相结合的方式，就是将学学生分为两人一组，一人操作数控机床一人应用仿真软件编程校验，然后交叉使用，使用数控仿真软件先校验程序然后在输入不但保证了程序的正确性，避免了由于程序错误造成工件加工失败，而且由于程序在仿真软件中已经校验成功避免了在机床上反复修改的时间，有效的提高了机床的使用效率，增加了实训的时间。采用计算机和机床组合的实训方式不但提高了效率而且有效的解决了实训设备少的难题。

数控仿真软件虽好，但怎样合理利用才是关键，数控仿真软件有效的解决了理论教学与实训教学脱钩的问题，使理论教学和实训教学有机的结合，不但解决了数控设备少实训成本高的困难，而且数控仿真软件的应用激发了学生的学习兴趣，可以说数控仿真软件的应用使学生学习数控专业起到了事半功倍的效果。

参考文献

[1]周虹.《数控原理与编程实训》.人民邮电出版社，2005.9

[2]翟瑞波.《数控机床编程与实操》.中国劳动社会保障出版社，2004.1

篇8：数控雕刻机软件浅谈

随着计算机数控 (CNC) 技术的飞速发展, 在有机玻璃、石材、铜、铝、木材等材料的器件上进行的大量图形、文字的雕刻加工已由数控雕刻机完成。雕刻机的市场需求十分旺盛。本文专门围绕成本节约、操作灵活的简易型数控雕刻机开发这个主题开展研究工作, 结合印制电路板雕刻机的研制, 提出了一套简易型雕刻机的机电系统设计原则, 开发出一套结构简单开放, 具备印刷电路板PCB钻孔、铜箔切削, 胸牌、PVC板切割与雕刻等功能的简易型数控雕刻机。本文所提及的方法和关键技术, 具有普遍适用性, 目的是为广大从事数控雕刻机研制的工程技术人员提供参考和借鉴。

1 总体规划设计

总体规划设计也称为概念性设计, 其主要目的是围绕用户的技术要求, 提出产品设计的基本理念和纲要性方案, 以便为产品的详细设计提供指导。本项目针对的印刷电路板PCB雕刻机的总体技术要求为:可实现三维雕刻加工, 加工的PCB板幅面要求为340mm*200mm, 外形尺寸小于580mm*450mm*480mm, 重量小于35KG, 定位精度小于0.025mm。围绕用户提出的技术要求, 本项目的总体规划设计主要涵盖机械本体设计和控制系统设计两大部分, 具体包括机械结构设计、机械结构加工与组装, 传动机构设计与安装、电气系统设计与连接、控制系统设计与程序设计调试等。在设计中本研究主要考虑以下一些设计原则。

1) 首先必须满足加工范围、工作精度、生产率和经济性等各种要求。

2) 确保实现PCB钻铣所要求的工件和刀具的相对位置与相对运动。在经济、合理的条件下, 尽量采用较短的传动链, 以简化机构, 提高传动精度和传动效率。

3) 确保雕刻机具有与所要求的加工精度相适应的刚度、抗振性、热变形及噪音水平。

4) 应便于观察加工过程;便于操作、调整和维修;便于换刀及装卸PCB板;注意防护, 确保安全。

5) 机械结构简单, 合理可靠, 便于加工和装配。

6) 尽可能做到体积小, 重量轻, 降低制造成本, 缩小占地面积, 外型美观大方。

此外, 还要考虑操纵方便性的影响;模块化设计法的影响等等。

依据以上设计原则, 本课题的雕刻机机械结构主要由一个三维的龙门式运动结构和一个电主轴构成。X、Y、Z三轴均由步进电机驱动, 主轴采用水冷主轴交流异步电动机实现。为了减轻整机质量, 缩短产品的设计和制造的周期, 其主体框架采用铝合金拉延型材和轧制铝板制造, 防护件用不锈钢钣金制造, 用标准的紧固件和定位销连接。控制系统采用PC机+Mach3控制软件+运动控制模块的控制方式加以实现。

2 结构布局设计

在总体规划设计的基础上, 雕刻机的设计首先从结构布局设计开始, 所要考虑的基本因素可归结为以下几个方面。

1) PCB板加工成形运动的影响。成形运动的形式和数目不同, 会导致机械结构布局的差异。因而, 在布局雕刻机时, 必须根据加工要求, 全面、综合地考虑PCB板表面成形的方法及运动。本研究采用相互垂直的X、Y、Z三轴运动, 实现PCB板的雕刻要求。

2) 雕刻机动静分配的影响。动静分配不同, 雕刻机的布局亦不同。在规划雕刻机动静分配时, 本研究主要考虑以下一些设计原则。

(1) 移动部件的重量应尽量轻。移动部件的重量越小, 其惯性力就越小, 所需电机功率和传动件的结构尺寸也越小, 机械结构的动力学性能也越好。

(2) 应有利于保证加工精度。

(3) 应有利于提高雕刻机刚度, 缩小占地面积。

3) PCB板的尺寸、重量、形状的影响。待加工工件的尺寸和形状直接决定了工作台的尺寸与导轨的布局, 其重量则决定了机械结构的动静分配。

经充分考虑影响布局的基本因素及本雕刻机的设计参数与加工成本, 本雕刻机采用如图1所示的工作台固定, 龙门移动的布局方案。在该布局中Y向运动由龙门实现, X向运动由机头支撑部件沿横梁移动实现, Z向运动由机头上下滑移实现。该布局方案将加工所需的运动交由轻巧的龙门框架结构来加以实现, 同时由于工作台不动, 还带来工件承载能力好的特点。结构主体外形尺寸为400*550*400mm, 关键部件包括:底座、工作台、龙门架及X、Y、Z轴方向的进给电机, 主轴电机, 机床床身及电气系统部分。

3 传动方案设计

雕刻机的主轴除了做回转运动外, 还要承受径向、轴向、切向切削力, 主轴在弯曲、扭转的交变载荷下, 按照要求进行起动、增速、减速和停车等动作。主轴设计的核心是伺服电机的选用, 这将关系到主轴的控制精度、调速范围和制造经济性等多方面的性能好坏。总体上主轴设计原则为:1) 制造工艺性要好;2) 装配、调试、维护性能要好;3) 应具有效率高、寿命长、体积小、重量轻、可控制性好的特点。由于雕刻作业负载轻, 且直流电机无论机械特性还是调节特性都比较优异, 而且价格非常便宜, 故在本设计中主轴传动系统采用直流电动机通过联轴器直接带动刀柄夹具加以实现, 结构非常简单。

4 数控系统控制方案设计

在本设计中, 数控系统采用PC计算机+控制箱+X、Y、Z向步进电机、主轴直流电机构成。通过在PC机中安装专用控制软件Mach3, 将标准PC计算机转换成为CNC控制器, 在PC机中实现加工G代码的译码、刀补、插补、各进给轴及主轴的加减速控制等功能。

PC机中计算获得的进给脉冲数传给控制箱实现对电机的控制, PC机与控制箱之间通过PC机的并行打印接口连接, 控制箱与各电机之间通过控制箱的电缆接口连接。PC机的并行打印要求工作在EPP模式下, EPP模式的设置在计算机主板BIOS中进行。

5 雕刻机零部件的加工与装配

在完成以上的设计选型工作之后, 本研究运用三维造型软件Inventor对雕刻机的所有非标零、部件进行了详细结构的参数化设计及虚拟装配如图2所示, 并用ANSYS有限元分析对雕刻机的整机动力学性能进行了分析, 在得到满意的结果之后, 本研究开展了雕刻机样机零部件图纸绘制、加工与装配工作。

本研究设计的简易PCB雕刻机共包含非标准件23个, 其中L型角铁等零件大部分为外购件, 在制定各零件加工工艺路线时, 充分考虑了确保产品质量, 并以最经济的办法达到所要求的生产纲领的各项必要措施, 做到技术先进、经济合理, 有良好、安全的劳动条件。限于篇幅, 这里不再详细列举各零部件的加工工艺。在装配过程中, 本设计主要考虑了完全互换装配法、分组选配法、修配装配法和调整装配法等, 重点保证丝杠轴与其导向轴之间相互平行以及各运动轴之间相互的垂直。

6 结论

本设计围绕经济型雕刻机设计方法的讨论这个主题, 以PCB板三维雕刻机的设计为例, 详细研究了雕刻机总体设计、布局设计、进给系统设计、数控系统设计以及加工装配过程中拟采取的关键技术原则。以PC机为主体, 采用Mach3控制软件和控制箱构成数控装置, 以直流电机、步进电机作为驱动元件, 设计开发出一台三座标龙门移动式PCB板雕刻加工机床样机。经实验测试表明, 该样机的定位精度为0.015mm, 最高空形成进给速度达到300mm/分, 各项性能全部达到设计技术指标要求。更为重要的是, 实验测试表明了本设计中围绕经济型产品开发所提出的各项设计原则是行之有效的。本研究所研制的PCB板三维雕刻机操作简捷、成本低廉、运行平稳、可实现电路板钻孔、切割、美术字制作、浮雕雕刻等技术作业, 满足了广大中小用户对低端雕刻机市场的需求, 具有极其广泛的推广、应用前景。

摘要：随着计算机数控 (CNC) 技术的发展, 数控雕刻机已经用来制造包括有机玻璃、石材、铜、铝、木材等多种材料在内的艺术雕刻品, 具有极其广泛的市场需求。目前的雕刻机由于存在体积庞大、价格昂贵、操作复杂、不便于功能扩展等缺陷, 无法满足广大私营用户对低端市场的要求。为此基于Mach3操作平台, 围绕结构简单、刚性强、驱动轻便、造价合理、软硬件结构开放等约束条件, 详细探讨了简易数控雕刻机的设计原则与方法。

关键词：Mach3,三轴控制,步进电机,雕刻机

参考文献

[1]李荣泳, 陈勇志, 孙振忠.基于Mach3软件的经济型五轴雕刻机开发[J].装备制造技术.2010 (1) .

[2]王忠平.基于DSP的数控雕刻系统研究及其仿真实现[D].上海交通大学.2007.

[3]周佩玲, 彭虎, 傅忠谦.微机原理与接口技术[M].北京:机械工业出版社, 2006.

篇9：数控雕刻机软件浅谈

关键词：Mastercam；雕刻技术；数控加工中心

中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1005-1422（2016）08-0130-02

近年来，随着数控技术的飞速发展，各生产厂家已经拥有高性能、可进行高速加工的速度达到万转以上的数控加工中心，这为利用适宜的加工软件配合高速加工中心替代雕刻机床提供了可能。当前，企业所采用跟数控加工中心配合使用的相关软件有很多，例如Pro/ENGINEER、UG和NX等，这些软件虽然功能强大，但是价格昂贵，操作复杂。Mastercam软件是美国CNC Software公司开发的基于PC平台的CAD/CAM系统。

一、各种模具雕刻方式及其实现方式

模具雕刻的方式可简单归结为以下几种，每种类型有其独特的实现方式。

（1）电火花成形加工或电腐蚀加工是利用电加工方式或化学腐蚀的方法来加工模具上的雕刻图形，是使用较为广泛的一种方法。

（2）采用雕刻机加工，此种方法是利用数控雕刻机的一种。

（3）采用冷挤压或钳工加工方式。

（4）线形雕刻，是刀具按照给定的轮廓线进行加工，也就是Mastercam中的外形铣削（Contour），但必须把刀具中心设置在轮廓线上（不补偿）。线形雕刻后的轮廓大小取决于刀具直径的大小，所以在雕刻加工之前必须根据图样要求确定刀具直径大小。

（5）凹凸型雕刻，是选用Mastercam中挖槽加工的铣削方式。如果挖的是文字图形内部材料，则加工后的雕刻图形会凹进去；如果挖的是文字图形外围材料，则加工后的雕刻图形将凸出来。

二、Mastercam数控加工

在零件建模和工艺分析完成之后，根据零件的要求选择毛坯和工件坐标原点（对称图形一般选取工件的中心作为工件坐标系原点），并进行各种工艺参数设置，从而得到零件加工的刀具路径。工艺参数设置主要包括刀具参数及铣削加工参数的设置。刀具参数的设置包括刀具编号、刀具直径、刀柄直径以及刀具有效切削刃长度等；铣削加工参数的设置包括安全高度、下刀位置、下刀方式、切削方式、切削用量等，挖槽还包括铣削方式的设置。

Mastercam软件可生成相应的刀具路径工艺数据文件NCI，它包括了所有设置好的刀具运动轨迹和加工信息。刀具加工路径设置完成之后，利用Mastercam软件提供的零件加工模拟，可以检验设置的各种工艺参数是否合理，在零件的实际加工中是否符合要求。这样可以在实际生产中省去试铣的过程，降低耗材，提高生产效率。经过验证确认刀具路径准确无误后，将刀具路径进行后处理，生成NC程序，这些程序经过适当的修改后可传输给加工中心数控系统，加工中心应用该程序进行零件加工。

三、文字雕刻在数控加工中心上的加工实例分析

1文字模型的建立

Mastercam中文字的定义是由线、圆弧和NURB曲线组成。依次单击主菜单中“Create→Letters”，弹出的“Create Letters”对话框中包含定义字体、文字大小、字体的定位方式以及可以以某一直径的圆建立环形文字等参数。在选择字体、大小、定位方式并键入文字内容后，单击确定即可建立二维文字。如果需要建立实体文字，也可在建立二维文字的基础上利用拉伸、投影等方法完成。注意在建立文字时，细微的局部可能不便于加工，因此要根据技术要求、机床及刀具情况考虑选择文字的字体，对不便于加工的部位进行合理的局部修整。

软件具体操作如下：首先设置文字构图面为俯视图，Z轴的工作深度为0，依次选择“Create→ Letters”，在弹出的“Create Letters”对话框中选择合适的字体后输入相应文字，并设置好相应的文字属性，文字模型建立如图1所示。

2凹形文字雕刻加工

（1）毛坯设定。选择“Stock setup”，弹出“Properties”对话框，在“Stock setup”选项中设置毛坯参数，效果图如图2所示。

（2）构建凹形文字刀具路径。设定毛坯材料的上表面为待加工平面，由于图3凹形文字刀具路径图雕刻的文字为凹形文字，因此只需要将由线、圆弧和NURB曲线组成的文字外轮廓的内部材料削除即可。这里运用Mastercam软件CAM模块中的“Pocket”（挖槽）功能进行加工，其操作步骤如下：依次选择“Tool paths→Pocket”，窗口方式选取平面上的文字，在弹出的“Pocket”对话框中设置刀具参数、挖槽参数和粗精铣等参数。生成凹形文字的刀具路径轨迹如图3所示。

图4凹形文字实体切削验证效果图

（3）实体切削验证及后处理生成NC程序。为了验证Mastercam软件所生成的刀具路线轨迹的合理性，可以对所雕刻的平面文字进行实体切削验证。具体操作步骤为：在Mastercam中调用操作管理器功能，选择要检验的刀具轨迹进行仿真加工，仿真加工的效果图如图4所示。关闭模拟功能，选择“Post”（执行后处理）功能，设置相应后处理参数，即可生成NCI文件，即该文字雕刻的NC程序。

（4）雕刻文字在数控加工中心上的具体实现。对Mastercam所生成NC程序的开头和结尾部分作适当修改后，通过数据线传输至数控加工中心系统中，即可实现雕刻文字在数控加工中心上的加工应用。Mastercam软件具备串口数据传输功能，采用RS232接口传输。具体注意事项如下：

①为了提高系统抗干扰能力，通讯电缆要采用带屏蔽层的双绞线电缆，并且屏蔽层要良好接地，接线时应注意端口的对调。

②若使用台式电脑则必须将PC的地线与CNC的地线牢固地连接在一起，防止由于台式电脑的漏电可能引起RS232接口的损坏或者导致传送信号发生错误。

③禁止在带电状态下拔插端口插头，否则易造成通信接口损坏。

④）传输的速度与通讯数据线的长度（即传输距离）有关，故应该避免通讯距离过远，避免通讯现场周围有强的电磁波干扰。没有调制解调器的情况下，PC与CNC控制器之间的通信距离一般能到30米。

⑤机床与其相连计算机的通讯参数设置要确保一致。

四、结束语

凸型文字加工的方法与凹型文字加工稍有不同：必须要先建立雕刻文字的边界，将文字和边界之间区域的材料挖除，然后将文字作为岛屿处理，其刀具参数和下刀方式等可参照凹形文字加工方法的设置。

参考文献：

[1]褚守云MASTERCAM项目式实训教程[M]北京：科学出版社，2010

[2]詹友刚MasterCAM X6数控加工教程[M]北京：机械工业出版社，2012