CNC电脑雕刻及数控铣与加工中心的对比

1. 机械部分
机床机械由两个部分构成：工作台，主轴滑板等为移动部分；床身、底座，立柱等为非移动部分。
(1) 数控铣、CNC加工中心
对数控铣与CNC加工中心的非移动部分和移动部分刚性要求高，因此能进行重切削。但由于移动部分同样庞大，牺牲了机床灵活性，对于细小的切削和快速进给就显得力不从心。
(2) CNC雕铣机
　　雕铣机的非移动部分刚性要求也要尽可能地好，而移动部分的刚性则要以灵活为前题，要设计得尽可能地轻巧一些，同时保持一定的刚性。如此设计的CNC雕刻机就可以进行比较细小的精加工，加工精度较高，对于软金属可以进行高速加工，但由于移动部分的刚性较差，所以不可能进行重切削。如何从机械结构上解决移动部分重量轻、刚性又好的矛盾，其关键在于机械结构设计，可采用以下的技术措施：
　　1) 采用超宽的立柱和横梁，因为龙门式的结构有极好的对称性和极佳的刚性，它是高速切削设备的首选结构。与传统的C型床身结构相比，龙门架形式的床身刚性较高，受力平均，工件只在一个轴向移动，各运动轴及相对惯性低，设计紧凑精密，可确保高刚性，高精度及高动态特性。机床的横梁可采用倾斜30度结构，使主轴鞍座的的重心向后方移动，并且使横梁的导轨间距尽量加大，如此可大大提高主轴的稳定性和刚性。由于立柱的质量远远大于主轴等移动部件的质量，所以为机床的高速运动和主轴的高速运转及负荷切削提供了坚实的保障。
2) 底座采用铸铁整体铸造，采用高低筋配合的网状箱型架构，或直接采用蜂巢相接的内六角网状结构，确保底座有足够的重量以增加机床的稳定性，如此高刚性的底座设计可确保对固定工作台和立柱以及鞍座、主轴等移动部件的刚性支持，使机床动态加工的稳定性最好，全行程范围内完全支撑立柱，使加工产生的变形量最小。
3) 其移动部分与数控铣显着的不同之处在于加宽了导轨与导轨之间的距离，以克服不良力矩的影响。
4) 由于机床的刚性主要用于克服移动部分在高速移动时对非移动部分的强大冲击，所以导轨、丝杆要求粗一些，以及加强连接部分的刚性。最后，为了适应高速和负荷切削的双重要求，X/Y/Z三轴都采用伺服电机加高精度弹性联轴节连接高精度滚珠丝杠副，所有导轨和丝杠均采用高等级低摩擦系数、高淬硬层的优质产品，这样既保证了重载下机床的刚性，又保证了高速运动的精度，确保机床在长期连续高速加工状态下的低磨损和精度保持性，可节省用户的维护保养费用。
5) 对数控铣和CNC加工中心，因为要求输出低转速大扭矩，需要采用主轴变速箱的减速比来提升扭力，所以转速低是不可避免的，一般数控铣和CNC加工中心的最高转速6000r/min，不大可能用很小半径的刀具。但对于CNC雕刻机来说，主轴通常在20000～30000r/min才可工作，回转精度一般2μ左右，不然断刀现象会很严重，所以一定要用电主轴或气动主轴，即电机和主轴是一体的，且主轴的固定板一般都采用合金铝等轻质材料。对于高速切削设备来讲，要求内藏式电主轴，而且在低转速时也要用一定的扭矩，要有油水冷却机来保持主轴工作温度恒定，主轴功率要在7.5～8kW以上，转速要超过25000r/min。

2.数控系统
　　数控铣与CNC加工中心对数控系统要求速度一般，主轴转速0～6000r/min左右。而雕铣机要求高速的数控系统以及极好的伺服电机特性，主轴转速3000～40000r/min左右。直接支持Mastercam等多种CAD/CAM软件生成的G代码。数控系统同时具有如下功能：
(1) 自动对刀功能：自动寻中心、边角、深度，精度极高，解决模具找正的难题；
(2) 自动/手动加工：支持 ISO标准的G指令；
(3) 增量进给和进给倍率在线调整功能：该操作可以精确设定进给速度；
(4) 用户数据输入（MDI）功能：用户可以在线输A G指令并立即执行；
(5) 单步模式：用户可以把要执行的加工任务设置为单步模式；
(6) 高速平滑速度连接特性：自适应地决定当前指令与下一条指令间的衔接速度。不仅大大提高了加工效率，而且改善了加工性能，可消除留在加工表面的速度接刀痕；
(7) 三维模拟显示功能：通过简单的操作可以从各个角度观察三维加工结果；
(8) 仿真功能：可以对加工程序进行快速仿真加工，能在极短的时间内完成，同时检查加工程序是否出错，加工结果是否满意，并能准确地计算出实际加工所需要的时间。

3. 编程软件
(1) 多样的二维设计
目前很多雕刻软件，都提供了强大的图形创建、编辑、排版功能，精确绘图和艺术绘图功能，强大的文字处理功能。具有多种任意曲线的艺术文字排列效果，字型和尺寸任意调整、编辑；强大的节点编修功能，可以快速随意地修整轮廓的局部形状。
(2) 灵活的三维设计
浮雕雕刻软件提供了方便、快捷地由二维图形产生三维模型的强大功能，由二维曲线构造强烈艺术效果的艺术浮雕、复杂曲面，并将艺术浮雕与曲面造型完美结合，使之产生形态复杂的雕刻产品。还可直接输出二维、三维刀具路径，刀具路径中提供了粗加工、半精加工、精加工及刀具路径的仿真等功能。
(3) 强大的CAD造型设计
CAD/CAM模具设计与制造软件是目前机械加工行业广为使用且相当成功的软件，不仅具有精确绘制二维和三维图形的功能，还可由此产生曲面、实体模型等强大功能，而且具有对图形、曲面、实体模型直接编制刀具路径，通过模拟刀具路径验证NC程序，由计算机输入CNC雕刻机和数控机床完成工件加工的强大功能。
(4) 方便的数据交换功能
软件之间可直接进行二、三维数据的转化。CNC雕刻机与CNC加工中心和数控铣一样，其加工基础是计算机辅助设计数据，这是雕刻CAD功能的关键所在。目前国内外比较先进的电脑雕刻软件的功能各有所长， 从软件的角度上讲，数控铣、CNC加工中心和CNC雕刻机都可以使用标准的CAD/CAM软件，CAD/CAM软件先进行产品的3D图形设计，然后根据产品的特点设计拟定数控加工工艺，输入加工参数，生成刀具路径，再生成加工程序并输送到数控机床的控制系统进行自动化加工。CNC四轴电脑雕刻机如图1所示。


图1 CNC四轴电脑雕刻机

4. 刀库自动换刀和全自动对刀
　　加工中心是为了完成多种工序于自动状态的数控设备，主要用于一些固定的大批量的生产作业。但对于模具行业和小批量生产单位，千万不要动不动就上加工中心，很多厂家买加工中心当数控铣来使用。使用刀库对数控系统来讲很简单，但主轴和刀库、空压机以及各种刀柄等会增加成本，而且编程、调整刀库也要花费相应的时间。所以，对于生产同一品种而工件数量少的加工尽量不要使用加工中心，因为成本高、效率低。可使用全自动对刀系统，刀往上一装，一个按钮，机床自动对刀，直接加工，误差在0.001～0.0003mm内，与自动换时间相比，慢不了很多。如果是加工中心，但无自动对刀装置的机床与不带刀库，但有自动对刀装置的机床相比，实践中的效率后者远高于前者。对于国内的制造业，特别是模具生产企业来说，一般都是单件生产，而且劳动力资源充足，所以，对于小批量工业零件的加工，要充分考虑资金的利用价值，不要动辄采用加工中心设备，更何况国内厂家的刀库系统还存在不少问题，图2为某加工中心视图。


图2 加工中心

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• 2016-10-25CNC电脑雕刻及数控铣与加工中心的对比