張智濤 呂償 陳高峰 張聰元 葉潮錦 陳楊霖

摘 要：本文采用ArtForm二維繪圖、ArtForm三維浮雕（建模）、ArtForm編程和精雕數(shù)控加工中心四步一體化方式，快捷、高效地完成浮雕產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和加工，并得出ArtForm在現(xiàn)代數(shù)控編程加工領(lǐng)域中具有先進(jìn)的技術(shù)水平和可持續(xù)發(fā)展的重要結(jié)論，以期為相關(guān)學(xué)者的研究提供參考。

關(guān)鍵詞：ArtForm;浮雕設(shè)計(jì);浮雕加工

中圖分類號(hào)：TH164 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2019）11-0043-03

Abstract： In this paper， ArtForm two-dimensional drawing， ArtForm three-dimensional relief （modeling）， ArtForm programming and precision CNC machining center were integrated in four steps to complete the design and processing of relief products quickly and efficiently， and an important conclusion that ArtForm had advanced technology level and sustainable development in the field of modern CNC programming and processing was drawn， in order to provide reference for the research of relevant scholars.

Keywords： ArtForm;relief design;relief processing

1 國(guó)內(nèi)外浮雕產(chǎn)品設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

通過查閱浮雕產(chǎn)品在計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)中設(shè)計(jì)和加工的相關(guān)文獻(xiàn)，了解浮雕產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工屬于精密和超精密加工技術(shù)領(lǐng)域，精密和超精密技術(shù)具有系統(tǒng)性、關(guān)聯(lián)性和國(guó)際性[1，2]。浮雕產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、繪圖、編程可以采用ArtForm、UG、Mastercam、Cimatron、PowerMILL等。ArtForm具有繪圖、浮雕（建模）、編程、虛擬仿真等功能。國(guó)內(nèi)外浮雕產(chǎn)品設(shè)計(jì)現(xiàn)狀如下。

第一，國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀。隨著科技的不斷進(jìn)步，工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，數(shù)控加工中心系統(tǒng)已經(jīng)逐步完善，面型精度可以達(dá)到亞微米級(jí)，例如，北京機(jī)床研究所研制的NAM-800型納米數(shù)控車床，定位精度為±0.2μm/400mm、重復(fù)定位精度為±0.1μm/100mm;我國(guó)機(jī)床的總體性能可以完全滿足浮雕產(chǎn)品的加工精密，但機(jī)床的加工穩(wěn)定性還需要進(jìn)一步優(yōu)化[3]。

第二，國(guó)外現(xiàn)狀。國(guó)外的精密加工和超精密設(shè)備都有較完善的性能，加工精度高、可以穩(wěn)定地達(dá)到高精度參數(shù)，例如，Precitech公司的NanoForm200加工工件的精度P-V0.15μm/Φ75mm[3]，表面粗糙度為Ra為2nm;Moore公司的Nanotech200加工工件面型精度P-V0.05μm/Φ15mm，表面粗糙度Ra為1.0nm。國(guó)外機(jī)床的主要優(yōu)勢(shì)在于加工過程中穩(wěn)定性好，產(chǎn)品的精度、可靠度高[4]。

2 ArtForm功能介紹

ArtForm是面向浮雕行業(yè)研發(fā)的一款專用、高效的CAD/CAM軟件。這款軟件以浮雕模型及圓雕模型設(shè)計(jì)編修為主，同時(shí)，擁有二維平面設(shè)計(jì)模塊、幾何曲面造型模塊、逆向掃描建模模塊、網(wǎng)格模型分模模塊和2.5軸至5軸加工模塊[5]。

ArtForm具備虛擬雕塑功能，針對(duì)浮雕行業(yè)，更新和突破了多項(xiàng)重要技術(shù)，并可根據(jù)客戶需求定制文件加密和輸出NC路徑格式。同時(shí)，ArtForm能讓大數(shù)據(jù)模型處理過程更輕松流暢，讓網(wǎng)格曲面造型功能成就更高精度，讓特色功能命令操作更方便快捷，能逼真而有趣地展現(xiàn)虛擬雕塑過程，并有全方位的文件加密措施保障安全[6]。

3 ArtForm浮雕產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)典案例

3.1 浮雕產(chǎn)品圖案的確立

浮雕產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)典案例，先設(shè)計(jì)二維圖案（選圖），之后繪制浮雕圖案的全部線條（見圖1），再轉(zhuǎn)入ArtForm三維頁面中等候下一步處理。

3.2 浮雕圖案堆、去料成型

浮雕圖案模型將在ArtForm三維頁面中進(jìn)行處理，主要采用ArtForm三維頁面中的雕塑功能，主要命令為區(qū)域顏色填充、堆料、去料、磨光及導(dǎo)動(dòng)堆去料等。

3.3 浮雕圖案建模

ArtForm三維頁面中建模（見圖2），利用曲面繪制，建立彩虹盤弧形面（見圖3）。之后，將“彩虹門”浮雕模型投影到圓盤中，將浮雕模型和圓盤融合即可。

4 ArtForm浮雕產(chǎn)品加工編程經(jīng)典案例

浮雕產(chǎn)品加工采用雙面加工，正面加工“彩虹門”及圓盤凹處，反面加工圓盤凸處。為了確保浮雕產(chǎn)品的尺寸精度和表面粗糙度，正反面都經(jīng)過粗加工、曲面殘料補(bǔ)加工及曲面精加工三個(gè)階段。

4.1 正、反面粗加工具體程序參數(shù)設(shè)置

粗加工的加工方法選擇分層區(qū)域粗加工，走刀方式采用環(huán)切走刀，刀具選取Φ6平底刀，加工深度設(shè)為5mm，吃刀深度設(shè)為0.6mm，下刀方式選擇沿輪廓下刀，下刀角度調(diào)為5°，路徑間距輸入設(shè)為1.5mm，加工余量設(shè)為0.25mm[7]。正、反面粗加工具體程序參數(shù)設(shè)置如圖4所示。

4.2 正、反面進(jìn)行殘料補(bǔ)加工參數(shù)設(shè)置

殘料補(bǔ)加工的加工方法選擇曲面殘料補(bǔ)加工，定義方式為指當(dāng)前殘料模型，刀具選取Φ3.175平底刀，加工深度設(shè)為5mm，吃刀深度設(shè)為0.3mm，下刀方式選擇沿輪廓下刀，下刀角度調(diào)為5°，路徑間距輸入設(shè)為1.5mm，加工余量設(shè)為0.25mm。正、反面進(jìn)行殘料補(bǔ)加工參數(shù)設(shè)置如圖5所示。

4.3 正、反面精加工參數(shù)設(shè)置

精加工的加工方法選擇曲面精加工，走刀方式用平行截線，路徑角度選擇45°，刀具選取R2球頭刀，加工深度設(shè)為0.1mm，吃刀深度設(shè)0.1mm，下刀方式選擇沿輪廓下刀，下刀角度調(diào)為5°，路徑間距輸入0.08mm，加工余量設(shè)為0mm。正、反面精加工參數(shù)設(shè)置如圖6所示。

4.4 毛坯定位

①定位中心X、Y軸，利用定位槽的X、Y軸坐標(biāo)確定。

②定位中心Z軸，利用平底刀切削表面0.2mm為Z軸坐標(biāo)。

5 浮雕產(chǎn)品加工流程

機(jī)床加工前，確保加工中心平整無異物，主軸預(yù)熱30min。待機(jī)床預(yù)熱結(jié)束，使用扳手將粗加工刀具D6平底刀裝上主軸，準(zhǔn)備對(duì)刀。

毛坯固定夾具，夾具采用調(diào)整墊片夾緊毛胚四周，檢查毛胚上下面是否平整，平整則確認(rèn)固定完好，開始對(duì)刀，并將對(duì)刀參數(shù)輸入到設(shè)備中。

機(jī)床開始處于手動(dòng)試切模式，開啟冷卻液，按照程序運(yùn)轉(zhuǎn)，刀具若按正確編程路徑加工，則暫停加工，切換成自動(dòng)加工模式，直至浮雕產(chǎn)品加工完成即可[8，9]。

產(chǎn)品加工完正面后，采用“定位槽”方式進(jìn)行定位，定位后開始加工產(chǎn)品背面，以此保證產(chǎn)品正面與反面的加工原點(diǎn)偏移量較小。

6 結(jié)語

ArtForm在浮雕產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工中占有重要地位，具有設(shè)計(jì)、繪圖、編程、加工一體化功能。“彩虹門”經(jīng)典案例，充分運(yùn)用了ArtForm。ArtForm對(duì)浮雕產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工是現(xiàn)代數(shù)控加工的典型方式，未來ArtForm在浮雕領(lǐng)域?qū)⒂懈鼜V泛的應(yīng)用。ArtForm在浮雕領(lǐng)域?qū)⒋蠓忍岣呱a(chǎn)效率，也將是未來推動(dòng)浮雕產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流軟件。

參考文獻(xiàn)：

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