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基于ArtCAM 软件的浮雕设计
   【 】 【打印】发表时间:2016-06-20 浏览:866
 

摘要:以校徽为例,通过素材的分析、矢量的设计、建模与仿真、程序输出等具体过程,研究了ArtCAM 软件的应用技巧;同时,以西班牙FAGOR 8055i (M)数控系统为例,阐述了该系统所用后处理的编辑方法。
关键词:ArtCAMFAGOR 8055i (M)后处理浮雕设计
中图分类号:TH164文献标识码:B


1 软件简介


ArtCAM 软件最早1991 年运行于Unix 工作站, 1994 年正式发布应用在Windows3. 1 上的ArtCAM V1. 0 版本,经过数十次版本的改进,已经发展至如今比较成熟的2009 版本。ArtCAM 与常见的自动编程软 件(UG、Pro/ E、MasterCAM 等)不同,主要用来进行浮雕的设计及加工,可以从二维矢量或位图直接生成三维浮雕。这些矢量和位图可以在ArtCAM 里产生,或从其他系统输入。ArtCAM 可以装载三维模型,从它们生成浮雕并包含了编辑浮雕和存储浮雕的功能。产生三维浮雕以后,可以生成刀具路径。不但能够轻松产生粗加工、精加工和雕刻的多条刀具路径,还可以模拟刀具路径,这样在加工前就可以看到完成的产品[1] 。


2 编程准备


2. 1素材准备
以我院校徽(如图1)的浮雕设计为例,设计前,准备一个具有足够像素的位图文件,并将文件保存为 ArtCAM 软件支持的位图格式,比如bmp、jpeg、png 等。

 

这里将文件的像素设置成800伊800。

 


2. 2后处理编辑
后处理文件是软件与机床的桥梁,软件生成的加工程序能否顺利在机床中执行,主要在于后处理文件中设置的各种规则是否符合机床的指令体系。ArtCAM 安装目录中的"postp"文件夹内包含了200 多个 后处理文件(*. con),尽管如此,还是不能满足品种繁多的机床的需求,这时就需要修改后处理。

 

众所周知,数控机床的程序是由3 部分组成:程序开头、程序主体及程序结尾。对于大多数机床来说,支持的程序主体都是相同的,所不同的是程序开头和程序结尾。在修改后处理文件时,一般只要修改这部分内容即可。

 

以西班牙FAGOR 8055i (M)数控系统为例,修改其所用后处理,选择"postp"文件夹中"CamtechCMC3_ mm. con"文件,以文本方式打开,部分内容如下:


DESCRIPTION = "my lathe (*. PIM)"/ 设置在软件中显示的机床名称
FILE_EXTENSION = "PIM" / 设置输出程序文件的后缀名
; Set up program header / 程序头设置
START = "%,MX--," / 以下设置FAGOR 系统支持的程序头
START = "[59][40]FROM ARTCAM2008 TO FAGOR 8055i(M)[41]" / [59]代表分号,引导注释内容
START = "[59][40]X=[XSIZE][32][32]Y=[YSIZE][32][32]Z= [ZSIZE][41]" / 变量的含义见表1
START = "[59][40]T[T][32]is[32][TOOLDESC][41]" / [40] [41]代表左右括号, 括起注释内容
START = "[S][32]M3" / [32]代表空格
START = "G71[32]"
START = "G0[32]G90[32]G17[32]G40[32]"
START = "G51[32]E0. 01"
START = "M8"
START = "G04[32]K500"
START = "G54"
START = "G0[32]Z15. 000"
START = "G0[32][ZH]"
START = "G0[32][XH][YH]"
;;
Program moves / 程序主体设置,因本例主体不需修改,故省略

;;
End of file / 程序尾设置
;
END = "G0[32]Z15. 000"
END = "M05"
END = "M09"
END = "G0 Y300. 000"
END = "M30"
END = "%,MX--,"


表1 中列出了ArtCAM 后处理变量名及其含义, 后处理文件中除了上述修改的内容外,还有很多可以进行设置的内容,编程者可以根据实际需要进行修改, 修改结束后保存即可。


3 自动编程


3. 1素材分析

表1ArtCAM 后处理变量含义[2]


虽然ArtCAM 软件支持从位图直接生成三维浮雕,但是由于图片本身精度、质量、颜色等诸多因素的 影响,直接生成浮雕的效果往往是不理想的。以人的肖像为例,直接转换的结果是,头发的高度要低于人脸的高度,出现错误。这是由于ArtCAM 首先会将图片转换成灰度图片,然后根据图片灰度的大小来计算各要素的高度,颜色深,高度低;颜色浅,高度高,高低变 化便形成了浮雕。而人的头发暗,人脸的颜色亮,直接转换必然会出现错误。

为了提高设计效率,可将图1 分解为4 个部分:内 外边界圆、中文院名、英文院名及日期、古建筑。其中 前三项可以通过软件中的矢量工具绘出,但古建筑比较复杂,可以直接由图片转换,转换前可以将除古建筑外的图元删除并加深这部分颜色,仅保留古建筑部分, 如图2 所示。


3. 2矢量设计

打开ArtCAM 软件,进入新建模型界面,输入高度 宽度值,调整分辨率。本例在进行矢量设计时,可以用 校徽图片作为矢量设计的参考背景,点击"位图"菜单,选择"装载层",进入"装载位图层"界面,选中文件后,在拉伸选项中,选择"适合",图片将与新建的模型尺寸统一。由于该图片是用来作为参考背景,故随时可对图片的对比度进行调节,以凸显矢量。

 

按照背景图片的尺寸,用"产生圆形"矢量工具绘制出内外边界圆。

 

中文院名为系统字库中没有的特型字体,这时可利用"魔棒"工具点击背景图片上的每个字体,需要注意的是"图像颜色公差"值的确定,该值过大,稍小的文字部首将无法选中;该值过小,则不能精确还原文字的细节。

 

英文院名及日期可利用"产生矢量文字"工具,选择正确的字体,调整适合的尺寸。但此时文字是水平排列的,需先绘制与背景图片英文弯曲的曲线一致的 圆弧,选中英文,点击"沿曲线包裹文字"工具,调整文 字到合适的位置即可。背景图片层此时已经不再需要 了,可将该层删除,这时,矢量设计工作完成,如图3。

3. 3建模与修整
同时选中最外围两个矢量圆,双击该圆,即打开 "形状编辑器"界面,按照图4 所示,点击"相加",编辑出3D 形状。中间两个圆的编辑原理相同。编辑3 种 字体的形状时,应采用"矩形"增长的模式。

 

点击"浮雕"菜单,选择"装载层",进入"装载浮雕"层界面,"文件类型"中选择"位图文件",选中图2 位图文件,"拼合方式"中选择"最高拼合",并设置"Max Z"的值与矢量形状编辑的值一致。点击"打开"按钮后,在3D 视图中会发现,古建筑部分已经产生了模型。如图4 所示。利用装载浮雕层的方法,可迅速将复杂的但又不影响整体效果的部分直接建模,大大提高了设计的效率。

3. 4计算仿真刀路
切换"刀具路径"编辑界面,选择"加工浮雕"项, 进入加工浮雕界面,要加工的区域中,选择"复合浮 雕";切削方式选择"X 方向平行加工"即可;本例选择 刀具为20毅的尖刀,平底直径为0. 2 mm,切削参数根 据刀具、材料和机床等综合给定;材料设置中,Z 轴零 点取顶部,厚度大于浮雕高度即可,点击确认,完成设置。点击"现在",软件自动计算刀具路径,3D 视图中 红色的线条代表雕刻刀的走刀路径,蓝色线条代表退刀路径。

点击"刀具路径"菜单,选择"仿真刀具路径"选项,进入"刀具路径动态仿真"界面,各参数默认,点击 "仿真刀具路径"按钮,这时软件会根据刀具及各项设 定参数动态仿真加工过程以及最终加工效果,"所见即所得",如图5。如果发现效果不理想,比如有的细节部位加工不到,说明该部分矢量设计时,没有考虑好 矢量的间距,或者是由于刀具选择的太大等等。


3. 5程序输出
点击"刀具路径"菜单,选择"保存刀具路径为"选 项,进入"保存刀具路径"界面,点击右箭头,将"已计 算的刀具路径"装载到"按单一文件保存刀具路径" 栏,"按以下格式输出加工文件"项中则需找到后处理修改的机床名称。最后点击保存,程序文件将被输出。


4 结语


目前,用于的浮雕设计的软件有很多,比如北京的 JDPaint,英国的ArtCAM,法国的Type3 等,可以说种类 繁多,但是他们的原理都是类似的,都要经历矢量设计、建模、刀具路径仿真和后处理修改等过程。本文仅仅介绍了ArtCAM 的使用过程及一些技巧,真正想用好该软件,除了要熟悉浮雕的加工工艺,还需有一定的美术功底。研究浮雕的设计与加工,创造出好的浮雕作品。

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