基于MasterCAM的平面图画快速雕刻

蒋三生

（北京农业职业学院机电工程学院，北京102208）

0 引言

数控雕刻技术在家具装饰、标牌、广告、模型制作等领域应用广泛，有浮雕、平雕、镂空雕刻等多种方法。平面雕刻是数控雕刻技术中应用最广泛、成本最低、效率最高的一种雕刻技术，主要是通过专用CAM软件将已经处理好的平面图案模型进行加工工艺处理，生成CNC能直接识别的数控程序，再传输至数控平面雕刻机床上进行加工。这种雕刻方法快速高效、设计成本低，但一般只提供一定数量的图案、花纹、艺术画等平面图形供用户选择，如果要满足客户特殊的雕刻需要，则需要增加平面图画的设计成本。

1 位图向矢量图的转换

利用数控铣床雕刻如图1所示大小为60 mm×60 mm，深度为0.1 mm的平面图画（*.JPG格式）时，由于没有现成的矢量图，首先借助Algolab PtVector工具软件，将位图文件快速转换为矢量图文件（*.DXF格式），转换结果如图2所示。由于软件处理的缺陷，新得到的矢量图形中各线条元素不连续，形成很多的断点，直接影响工艺处理过程中的走刀轨迹，造成频繁的抬刀和下刀，自动生成的加工程序极其繁琐，不利于快速加工，并且存在部分图素缺失的现象，雕刻出来的图画美观性差，需要利用CAD软件对转换后的矢量图文件进行一定的处理，主要是把相关的图素进行合并处理，并删除一些模糊的图素和杂点，填补一些缺失的图素，处理后的位图文件如图3所示。

图1 平面图案位图

图2 转换后的平面图案矢量图

2 基于Master CAM的工艺处理

2.1 前置处理

图3 处理后的平面图案矢量图

选用MasterCAM X软件对该图画进行加工处理。具体步骤如下：1）打开前面经CAD软件处理好的*.DXF位图文件；2）平移图画到合适位置，使图画的中心位置与绘图区坐标系原点位置重合，并经过适当的比例缩放，使图案大小控制在60 mm×60 mm尺寸内；3）【机床类型】选择为【铣削】【MILL3-AXISVMC MM.MMD】，对材料进行设置，大小为60 mm×60 mm×10 mm，最终效果如图4所示；4）在【刀具路径】中选择【外形铣削】对图画进行加工工艺处理，采用“窗选”方式拾取全部的图画元素；5）在【刀具参数】卡片中设置好刀具号、刀具长度补偿号等，选择合适直径的雕刻刀，对刀具铣削参数进行合理设置，如图5所示；6）在【外形铣削参数】卡片中设置好参考高度、下刀位置、加工表面和深度等，关闭补正形式，如图6所示；7）对雕刻过程进行工艺处理后，进行仿真模拟加工，效果如图7所示。

图4 设置完毛坯材料的效果图

图5 刀具参数设置卡片

图6 外形铣削参数设置卡片

2.2 后置处理

勾选上述刀具路径轨迹，在【刀具路径】卡片中选择【后处理已选择的操作】，保存文件默认*.NC格式，确定NC代码的保存路径和名称，自动生成刀具轨迹NC程序代码，代码前段部分如图8所示，其中“N104 T210 M6”换刀程序段需要根据实际情况进行修改，若主轴上已安装有雕刻刀具，则直接删除该行代码，若雕刻刀具已经在刀库中，则需根据实际的刀具号进行修改。此外，由于不同数控机床换刀程序的格式存在差别，需根据实际情况进行修改，确保该程序能在机床上顺利运行。

图7 仿真模拟加工结果

图8 后处理得到的部分NC代码

上述刀具轨迹生成NC代码文本后，可拷贝至CF存储卡内，通过数控机床面板的CF插槽进行读取，或者在电脑与机床之间直接连线传输，由于一般的数控系统内存不足，难以一次性导入全部的NC程序，可通过在线加工的方式完成平面图画的快速雕刻。

3 结论

对所选图案进行数控雕刻时，如何快速有效地将图案文件转换成CAM能识别的矢量图文件是本次研究的重点工作，由于Algolab PtVector工具软件在转换文件格式时存在一定的局限性，难以得到完美的矢量图素，需要借助CAD软件对转换后的*.DXF文件进行图素的优化再处理。此种图案的优化处理方法，能广泛应用于平面雕刻领域，大大减少了图案的人工设计周期和成本，柔性化程度高，对于满足客户的特殊需求具有重要的意义。

［1］ 罗建新.MasterCAM编程与加工项目教程［M］.武汉：华中科技大学出版社，2011.

［2］ 刘文.MASTERCAM X2中文版数控加工技术宝典［M］.北京：清华大学出版社，2008.

［3］ 刘培义.数控雕刻技术在家具生产中的应用［J］.林产工业，2012，39（1）：48-50.

［4］ 邝卫华.基于MasterCAM的平面图形雕刻加工技术［J］.工具技术，2011（3）：59-61.