数控雕刻软件及数控技术概述

　　雕刻产品造型美观，具有艺术观赏性，深受人们的喜爱。应用遍及人们生活的各个方面。而随着生活水平的提高，人们对满足审美要求的雕刻类产品的需求更是出现了前所未有的增长。而具有漂亮雕刻外观的产品在价格上通常远远高出没有采用雕刻工艺的同类产品，因此很多制造厂商把引入雕刻工艺作为提高产品附加值的一项重要手段。

　　数控雕刻是在计算机辅助设计、计算机辅助制造技术、计算机数控技术、高速铣削技术、激光技术等现代工业技术的基础上发展起来的：在其成长过程中又根据雕刻应用的特殊性综合了艺术设计和造型技术，使得数控雕刻成为一门独特的专业技术。数控雕刻加工离不开雕刻CAD／CAM软件、数控雕刻机及加工技术。

1 雕刻CAD／CAM软件

　　数控雕刻的实施工具主要包括雕刻软件和雕刻机。数控雕刻软件可以看作是雕刻师大脑中的工艺知识和设计技巧的结晶，其功能是否完备直接决定了雕刻技艺能否在现代工业中创造出价值。数控雕刻软件用于雕刻类产品的图文设计、形体造型以及计算加工刀具路径，最终输出雕刻机能够识别的NC代码，与通用机械类CAD／CAM软件相比，在以下几方面具有鲜明的特色。

　　(1)在绘图建模方面，数控雕刻软件必须同时具备精确绘图建模和艺术绘图建模的功能。从而在遵守尺寸精确的工业设计原则下，为用户提供自由灵活的创意空间。

　　(2)在数控加工方面，数控雕刻软件支持轮廓嵌套加工、三维雕刻加工，艺术浮雕建模与加工等。数控雕刻加工大多使用小刀具精雕细刻才能完成，因此往进行数控雕刻编程时必须充分考虑小刀具高速雕刻加工工艺。

　　现在市场上的主流商业化数控雕刻软件主要有法国的Type3、美国的MastercamArt、英国的ArLcam，其他国外雕刻软件还有Casmate、Artcut、EnRoute、VCam等。国产数控雕刻软件主要有JDPamt，CAXA雕刻、文泰雕刻等。

2 数控雕刻机

　　硬件是软件功能实现的物质基础，因此数控雕刻加工软件同样离不开硬件的支持。国内雕刻机市场在短短几年的时间内，实现了从完全依赖进口到自主研发、占领市场，再到出口国外的转变。

　　雕刻机按照市场定位可以划分为石材雕刻机、木工雕刻机、金属雕刻机、建筑模型专用雕刻机、模具雕刻机、PCB电路板雕刻机等。从工作原理上分，又可以划分为激光雕刻机和数控雕铣机。数控雕刻机与普通的数控铣床和高速铣削加工中心相比较，有以下几个不同之处。

　　(1)普通数控铣床和高速铣削加工中心的加工对象是钢、铸铁、钛合金等金属材料，应用领域是飞机、汽车、船舶等传统机械行业。数控雕刻机的加工对象是亚克力、双色板、有机玻璃、PVC板、人造大理石、木材、皮革、石墨、铜，铝等软质材料，应用领域主要是礼品、印章、模型、标牌、家具等轻工行业。

　　(2)数控铣床功率大、效率高、稳定性好。但加工软质材料时表面欠光洁，效率不高，高速铣削加工中心虽然克服了以上缺点，但价格昂贵，一般的用户难以承受。与普通数控设备相比，数控雕刻机有着主轴转速高、加工软质材料效率高、表面光洁、性价比高等优点。

　　(3)数控铣床和加工中心的非移动部分和移动部分的刚性都非常高，因此能进行重切削，但由于移动部分惯性大，缺乏灵活性，对于细小的切削和快速进给就傲的不够完美。

　　(4)普通数控铣床需要输出大扭矩进行重切削，一般通过提高主轴变速箱的减速比来提升输出扭矩，从而转速低是不可避免的。数控雕刻机的雕刻头一般采用电主轴或气动主轴，即电机和主轴是一体的，这样可以满足小半径的精细加工。

　　随着高速电主轴技术、高速刀具技术、激光加工技术、数控技术的发展，数控雕刻机也向着高精度，高速度，高自动化、高智能化、开放式体系结构方向发展。

3 数控雕刻加工技术

　　雕刻加工工艺种类繁多，按熙工作空间可划分为平面雕刻，立体雕刻两大类。平面雕刻包括轮廓切割、曲线加工，区域铣削加工、轮廓嵌套加工，采用两轴或两轴半加工策略。立体雕刻采用三轴和多于三轴的加工策略，其中三轴加工包括基于矢量信息的凸雕加工和凹雕加工、基于离散点信息的立体浮雕加工等。

　　(1)区域铣削加工。这种加工方式即是平面类零件的常用加工方法，也是三维零件分层加工的常用方法。区域铣削加工的加工策略主要包括切法、环切法。行切加工策略由于规划简单而在区域铣削加工中应用较为广泛，但其缺点是加工效率低、切削力方向交替变化。环切加工不存在行切加工的各种缺点，应用更为广泛。环切加工的问题主要集中在平面轮廓等距问题、过渡连接刀轨规划问题、残留区域识别与补加工刀轨生成问题。为了满足高速铣削加上对刀路径的要求，近年来又出现了一些新的刀轨规划算法。

　　(2)三维立体雕刻。三维立体雕刻用于加工平面图案或文字以得到立体效果。刀具在加工过程中根据轮廓外形和刀具外形自动调整雕刻深度，可以在不换刀的情况卜通过抬刀完成清根加工。三维立体雕刻刀轨规划的技术难点是如何计算出二维轮廓的中轴，并以此为基础来规划出清根加工门轨。

　　(3)浮雕建模与加工。关于浮雕建模与加工，目前的研究可以分为两大类，基于图像的浮雕建模和加工以及基于几何的浮雕建模和加工。前者从平面图像出发进行浮雕设计与加工，后者从平面上的二维轮廓出发进行浮雕设计与加工。但是无论采用哪一种建模方法，浮雕在计算机内部均可以采用离散小面片来表示。分析比较了基于离散点的CAD／CAM系统与基于解析模型的CAD／CAM系统，采用反刀具等距法生成离散数据的精加工刀轨。ITO方法是根据刀触面精确计算刀位面的一种通用方法，缺点是为了提高计算精度，需要消耗较多的CPU时间。

　　数控雕刻编程是近几年发展起来的新技术，国外商业化软件的多数核心技术未见公开发表．因此，深入研究数控雕刻编程技术，对于提升国内雕刻行业的核心技术竞争力具有重要的理论意义和实际价值。

4 结语

　　数控雕刻技术是随着近年来制造行业的需求而发展起来的一项新技术，本文分析了传统雕刻技术的弊端，并对目前国内外的主要数控雕刻软件、雕刻机及加工技术进行了介绍。为开发具有自主知识产权的数控雕刻软件做好了理论基础。