基于ArtCAM 08北京奥运福娃造型设计及加工工艺2

基于ArtCAM 08北京奥运福娃造型设计及加工工艺

山东省水利技术学院 255100 杨兴民 尹鸿雁

举世瞩目的08年奥运会在中国首都北京顺利举行并圆满落下帷幕，成功举办了一届高水平运动会让中国成为世界的焦点。如梦境般美妙的开幕式随时都会浮现在笔者眼前，向世人展示了中国人诗人一样的浪漫和唯美气质，同样北京奥运会会徽及吉祥物福娃的设计也深刻的印入了中国元素，体现了中国作为一个文明古国所具有的深刻文化内涵。

北京奥运圆了中国人百年的奥运梦想，为了能留住百年奥运的记忆，笔者试图将北京奥运会会徽及吉祥物福娃加工出来。会徽的设计与加工进行的很顺利，从网站上下载了会徽的图片，使用美国PTC公司Pro/Engineer2.0软件中跟踪草绘功能设计出轮廓的基准曲线，然后进行拉伸这样造型就全部完成了，接下来的加工路线采用整个区域大直径刀具开粗—小直径刀具开粗—精加工—清角加工来进行，加工出来的效果感觉很不错。吉祥物福娃的造型设计却到了很大的麻烦，与会徽的设计思路基本相同，通过从图片中跟踪草绘出人物曲线轮廓边界，再根据人物整体的比例绘制出曲面通过的中间曲线从而设计出造型曲面（ISDX），这种曲面的外观质量完全取决于曲线的位置合光顺程度，虽然可以通过调整曲线点的位置和曲率获得质量较好的曲线，但对于纯手工绘制的曲线来说调整的难度确实较大，与理想的位置总是有一定的差异，从而造成人物身体比例不协调影响美观。所以通过交互式曲面设计福娃造型曲面的难度决不比设计一辆时尚动感的跑车外形来得简单，造型设计任务遇到了障碍，加工也无从谈起了。工作在停滞一段时间后，一个偶然的机会了解到ArtCAM软件，使整个工作得以进行，下面笔者就以福娃迎迎为例通过该软件说明其造型和自动编程的基本流程，以期和广大读者交流和分享。

ArtCAM是英国Delcam公司众多模块中的一款旗舰产品之一，是复杂立体三维浮雕设计和加工的首选 CAD/CAM 软件解决方案。可快速将二维矢量图形或图片象素转换成三维艺术产品，广泛地用于雕刻产生、模具制造、珠宝生产、包装设计、纪念章和硬币制造以及标牌制作等，有了这样强有力的工具工作又变的简单易行。这里有两种选择：一是通过高分辨率的图片直接转换为三为浮雕；二是通过二维矢量图形转换成浮雕。虽然这两种方法均可以产生浮雕，但两者的质量是有区别的，前一种方法产生的浮雕可以人为控制的方法比较少，浮雕人物的边界轮廓不是特别的清楚，所以采用从二维矢量图形产生浮雕的方法来进行。软件工具和基本方法确定以后，接着就是具体的操作内容。

一、福娃曲面的造型设计

①、从电脑运行ArtCAM 2008程序，软件的初始化界面如图1所示。

图1 ArtCAM 2008初始化界面

②、软件运行后首先创建新模型，接着设置模型尺寸，如图2所示。

图2 设置模型尺寸

模型尺寸应该比实际加工的毛坯长宽梢大一些，否则将造成零件的边缘区域无法加工到，当然也不能大太多而产生一些过多空刀。模型原点指的是编程基准坐标系，原点的X、Y方向选择在模型的中心，Z向的原点将会在后面设定。

③、导入二维矢量图形并进行简单编辑。导入的二维矢量可以是用Adobe Illustrator等专业的矢量编辑软件创建的图形，也可以是由CAD软件绘制的平面图形。由于矢量在导入时不能像导入浮雕那样进行缩放，所以矢量的图幅和模型大小要一致，因此导入之前需要对矢量进行整体缩放以保证其和模型尺寸相适应，并使矢量在模型中居中。由于导入的矢量作为一个块而无法独立操作，所以需要将矢量全部分离以使整个矢量分解成为闭合的多个矢量，导入的矢量如图3所示，最外圈的矩形框是模型的边界。

图3 导入二维矢量图形

④、将矢量转换为浮雕，模型平面是浮雕的生长平面。选择矢量1从右键菜单中选择形状编辑命令，弹出入图4所示的对话框，选择穹形变形，角度设置为10度，由于在该矢量区域是首次产生浮雕，所以相加或最高拼合均可以产生效果相同的浮雕，然后关闭。

图4 导入二维矢量图形

矢量2形状编辑时选择按高度裁减，角度设置为10度，开始高度设置为0，高度设置为0.1，选择相加或最高拼合均可。剩余矢量均采用相同的方法进行设计，角度读者可根据比例自定。由于这些矢量均是在矢量1、2范围内生长，所以只能选择相加而再选择最高拼合，嘴部特征矢量、发髻及汉字字母内部矢量选择相减，完成后进行12次光顺处理，造型设计的结果如图5所示。

图5 福娃造型

二、浮雕的加工工艺 ①、毛坯设定。首先需要选择毛坯的形状和尺寸，毛坯的选择对工艺路线的安排有着很大的影响。执行刀具路径操中材料设置命令，弹出如图6所示的工件设定窗口，毛坯只能设置为矩形方料。

图6 工件设定

材料Z轴零点指工件坐标系Z向原点，选择在工件的上表面。材料厚度只要大于浮雕的最大高度

3.581，浮雕的高度此处不能修改。顶部偏置指浮雕在工件中的位置，笔者设置为0.1表示浮雕的最高点到工件上表面的距离，最小为零，如果设置过大将导致加工的余量增加，同时本例Z轴最大的加工深度坐标为-3.681。

②、加工工艺分析

根据毛坯形状首先确定第一步加工选择直径10mm球头刀进行开粗，可能有些读者认为开粗应当选择大直径立铣刀进行高效率加工，但是选择立铣刀将导致模型平面上曲率半径大的浮雕区域在开粗后残留很高台阶的余量，并且开粗后的加工台阶不会像立铣刀那样是垂直的，开粗后结果如下图7所示。

图7 开粗加工

开粗时选择大直径的球头刀并使用较大的走刀宽度、铣削深度既可以提高加工效率，又可以获得较均匀的加工余量，但此时还不能直接进行精加工，因为精加工时为能加工出浮雕细部特征所选的刀具很小，刀具的强度低，开粗所残留的余量对精加工来说仍然较大，所以接下来需要进行整个区域的半精加工，刀具较精加工的刀具梢大一些，既能保证加工时刀具的强度又能使加工余量更加均匀为精加工创造条件，半精加工的局部效果如图8所示。

图8 半精加工局部效果

半精加工后有两种方案可以选择：一是使用直径2mm的球头刀进行全区域的精加工，走刀宽度以浮雕曲面最大的穹形夹角进行计算，这样肯定可以保证模型平面的加工精度，这一方案因为中间不需要换刀没有接刀痕迹而有利于整个浮雕特征之间的光顺，缺点是加工效率较低；二是分区域进行加工，大致分为两个区域：如图3所示的矢量1、2环内浮雕曲面和模型平面这两种几何类型。在工艺设计中按加工对象几何类型分区域加工是常用的思路，本例中笔者考虑第二种方案比较符合单位设备情况，所以接下来进行矢量1、2浮雕区域的精加工，加工结果效果如下图9所示。

图9 矢量1、2区域精加工

选用带圆角的平底刀精铣模型平面，路径如下图10所示。

图10 模型平面走刀路线

由于刀具直径较大，同样将导致模型平面上曲率半径大的浮雕区域边缘无法清根，如下图11所示。

图10 局部未清根区域

上图所显示的区域无法清根是由于刀具直径选择较大，但为了保证模型平面有较好的平面度和加工效率，所以这样的考虑也是合理的。下来需要将前两步精加工所残留的未清根区域切除，使用三维残留加工就可以完成这样的加工要求，三维残留加工可以自动计算前面工序残留区域并产生需清角的矢量，然后在该矢量区域内进 …… 此处隐藏：1871字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……