C N C 雕刻技术及应用

众所周知，手工雕刻是一种工匠型的劳动，它是雕刻师“高智能和高技能”的综合活动！雕刻成品是否成为珍品完全取决于雕刻师对艺术的理解、对材料的感觉、雕刻技巧的发挥和孜孜不倦的精神，这不是普通人所能胜任的，也正是由于如此难能可贵，“雕刻”成为一种艺术、一种文化和一种精神的象征！ “雕刻”的发祥地是艺术品的加工，但是由于其深厚的文化内涵和精湛的成品效果促使“雕刻”走入了工业生产领域！“雕刻”在进入工业生产的初期主要工作是产品形态的细节精细修整和产品的文字图案雕刻，形象地讲其作用可谓是“画龙点睛”！传统的手工雕刻是以“刀斧凿”为工具，无论从生产效率和精度上都难于适应工业生产的需要，因为工业生产毕竟与艺术创意不一样！这样应运产生了机械雕刻——仿形铣加工。机械雕刻的出现为“雕刻”进入工业起到了巨大的推动作用，尤其是图案和文字的雕刻能力加速了模具产业的发展速度，为“雕刻”这一艺术型的工艺在工业领域中广泛使用奠定了扎实的基础！ 随着工业产品的开发速度加快，尤其是计算机设计的广泛应用，工业产品的形态更加丰富，变化更加迅速，这样对制造业提出了新的要求，一批以计算机控制为基础的CNC设备进入了机械加工工业。 机械雕刻仍还是一种手工雕刻，它在雕刻精细产品的效率、批量成品的一致性、曲面产品的雕刻、与计算机设计技术的接口等方面明显存在着弱势，上述弱势阻碍着“雕刻”在现代工业中的应用广度，这样促使以计算机辅助设计和加工（CAD/CAM）技术、计算机数控技术（CNC）为核心的CNC雕刻走上了前台，挑起了推进“雕刻”走入工业领域的重担。 CNC雕刻字面定义为计算机数控技术雕刻，它是在工业领域中计算机辅助设计技术（CAD）、计算机辅助加工技术（CAM）、计算机数控技术（CNC）、高速铣削技术（HSM）的基础上发展起来的，在其成长的过程中又根据“雕刻”应用的特殊性综合了广告业的艺术设计和造型技术使得CNC雕刻成为一门独特的专业技术。 CNC雕刻的实施工具为雕刻CAD/CAM软件和CNC雕刻机，其真正的核心是雕刻CAD/CAM软件，雕刻CAD/CAM软件可类比为“手工或机械雕刻的雕刻师大 脑中的雕刻工艺知识和设计技巧的综合应用”！雕刻CAD/CAM软件功能是否完备对“雕刻”在现代工业领域中是否能有更大辉煌起着决定作用！ CNC雕刻作为一个独特的专业技术，与相关行业比在以下方面具有鲜明的特色： ·精确制图机制和艺术制图机制相结合 “雕刻”是一门艺术，其设计工具必须为设计者提供方便的创意空间！“雕刻”进入工业领 域，其设计工具还必须遵守“尺寸精确”的工业设计原则！ ·艺术曲面造型方法和几何曲面造型方法相结合 随着CNC雕刻应用面的不断扩大，“雕刻”不再仅仅是“画龙点睛”了，已逐步渗透到产品设计和产品加工领域中，这样要求“雕刻”设计工具必须具有一定的曲面造型功能，更由于“雕刻”是一种独特的设计方法，需多产品的形态是无法用准确的数学函数表达，取决于设计者的感觉，只有艺术曲面和几何曲面混合造型才能保证“雕刻”在工业领域中能有更辉煌的表现！ ·小刀具高速雕刻技术和工艺 “雕刻”的内涵是精细，工业领域中“雕刻”所承担的工作90%以上是常规大刀“无能为力”的，必须使用小刀具精雕细刻才能完成，机械雕刻师可利用其丰富的经验和娴熟的技巧尽量避免断刀，从而保证雕刻效率！CNC雕刻是由计算机控制完成，CNC雕刻机使用小刀具进行高效精细雕刻就需要有专业的CNC雕刻加工技术和工艺来支持，这就是当前加工业流行的“高速铣削技术(HSM) ”和CNC雕刻独有的“等量切削技术”！ ·使用精密高速主轴电机 使用精密高速主轴电机是小刀具高速雕刻的基本保证！高速精密主轴电机的“高转速、高精度、低噪音、低震动、高速恒功率”等特点，确保小刀具可获得较高的切削线速度、保持较高的旋转精度、产生足够的高速切削力、减少震动和跳动断刀。 CNC雕刻的应用 CNC雕刻从加工原理上讲是一种钻铣组合加工，同其它机加手段一样存在着特有的长处和天生的短处!若CNC雕刻对象选择正确、工艺使用合理，CNC雕刻可以成为赚钱的职业!若CNC雕刻入错了行、陷入弱势，CNC雕刻就会“勉为其难”，投资者的回报将会很低。 由于CNC雕刻对象的特点为图案复杂、造型奇特、成品精细，而CNC雕刻机以轻型结构为主，这实际上限定了CNC雕刻的工作方式为：“小刀具的快速铣削”，事实上这也正是CNC雕刻的“专业优势”，缘由是CNC雕刻是在干“常规大刀具无法加工的业务”！正由于CNC雕刻的特有的专业优势，在下述行业中CNC雕刻方式应用得较为得心应手：模具雕刻业和广告雕刻业。 1、模具雕刻——小刀具独领风骚 CNC雕刻在工业领域中应用最广的是模具业，在模具生产过程中CNC雕刻不是主要加工方式和生产手段，但其作用却非同一般，可谓是“画龙点睛”，这是由雕刻对象的“图案、文字和复杂的曲面”特点所决定！当前CNC雕刻在模具雕刻领域主要的业务为： 紫铜和石墨电极加工 电火花成形机是当前模具业中主要的生产设备，电极的需求量较大，但电极生产缺乏专业设备，CNC雕刻可为电火花机作专业配套，可高效精细加工棱角分明、形态别致的电火花成形电极。 五金冲模和精密冲头加工 五金行业中冷冲压是一种主要的生产手段，冲压模具的加工是一个十分关键的环节！五金冲模主要以Cr12为加工材料，CNC雕刻可加工的典型冲模有：眼镜角丝、眼镜中梁、眼镜托叶芯、钮扣、饰物、纪念币、餐具柄、拉链等。CNC雕刻在加工精密冲头更有独到之处。 鞋材模具和鞋底模型加工 制鞋是世界性的大行业，鞋材和鞋底加工是制鞋业的主要生产环节！CNC雕刻可构造和加工以艺术曲面为主要形态的鞋底模型（代木）、鞋材高周波（高频）模具以及斩皮模具。 滴塑（微量射出）模具和公仔模具加工 滴塑模具是滴塑礼品的主要生产工具，这是典型的薄壁件产品，单件小批量，一致性和加工精度要求较高！CNC雕刻尤其擅长于59号铜材等脆性材料的曲面形态薄壁件加工。 钟表零件加工和轻型CNC加工 这是轻型CNC设备的典型应用，专业设备的专业使用、生产效率高、投资成本低！CNC雕刻可高效精细进行表壳异型曲面铣、钻和雕花，CNC雕刻还可精确快速进行表壳、表链、表盘等镶钻位钻孔加工。而这种类似的轻型CNC加工应用还有许多，如：装饰品雕刻、印章雕刻、产品刻字、模具刻字、烫金模板、印刷胶版等。 压花（皮纹、花纹）辊轮和圆柱体工件雕刻 辊花是皮革、装饰纸张等产品的主要生产手段，CNC雕刻在皮革压花辊轮（皮纹）、纸张（餐巾纸、包装纸、壁纸）压花辊轮、圆柱体工件雕刻的应用十分有特色！ 首板（手板、样板）模型加工 首板（模型样板）是手工机械雕刻的基本工具，CNC雕刻可按照实物建模，实现二维到三维的构造，高效精细加工模型样板。 2、广告雕刻——精雕细刻、求新创异 CNC雕刻在广告行业中主要应用于沙盘模型、广告标牌和文字标志的制作，这些业务在雕刻工艺上相对简单，关键是在效果表现上，而且主要突出的效果是“精雕细刻和求新创异”。 精雕细刻 “精雕细刻”是一个优质产品形态和内涵的表征！这一特征体现在沙盘模型部件、广告标志和文字图案雕刻加工方式上为：“文字图案清晰精细、镂空字和图形边缘光滑、镂空图案内角R小、加工效率高”。CNC雕刻以其特有的小刀具加工方式，在生产效率和加工精度上可满足广告制作业的精雕细刻的要求！ 求新创异 广告人多以“新”和“异”来表达自己所诉求的主题并吸引公众的注意！平面图形是一种使用很久的表达方式，人们已逐渐“熟视无睹”了！浮雕文字和艺术标志是广告人常用的表达方式，但目前只停留“感观”上。随着CNC雕刻机的使用，CNC雕刻加工已将过去人们感观上“看”到的浮雕效果变成真正的“浮雕”文字和标志！这将有助于广告人在表达方式上有所突破。 “求新创异”这要求设计软件有足够的艺术创造能力，CNC雕刻设计软件的艺术绘图机制和艺术浮雕曲面造型功能为广告人提供了一个新的“创异”手段！ 高速精密主轴电机 高速精密主轴电机是精雕CNC雕刻机加工中保证雕刻成活“精细高效”的关键因素之一！ CNC雕刻主要特点是“小刀具高速铣削”，这是由“雕刻”的特点所决定的！ “小刀具高速铣削”对主轴电机的要求是：旋转精度好、旋转速度高、转动震动小、工作噪音低、轴系刚性强，而且高速旋转时具要有稳定的输出功率！只有满足上述条件才能保证“小刀具”在雕刻中可获得较高的切削线速度、保持较高的旋转精度、产生足够的高速切削力、减少震动和跳动断刀概率。 由于CNC雕刻吃刀量小，再加之使用“高速铣削”技术，而主轴电机功率对“小刀具高速雕刻”的影响降到次要位置！ 精雕机的高速精密主轴电机是一种三相交流变频异步电机，其基本的电气原理与普通交流变频电机一样，但由于“高速和精密”的性能要求，所以高速精密主轴电机的结构和制造工艺是十分有特色，正是这些“特色”造成高速精密主轴电机的成本较高！ 为了做到“高速和精密”，精雕机的高速精密主轴电机在结构和生产上有下述特色： ·选用优质特殊材料。 ·采用适合CNC雕刻机使用的特殊细长结构，保证在有限的体积内有最大的输出功率。 ·采用精密机加工工艺，保证主要件的公差均在0.00