CN113075908A - 数控雕铣加工宝玉石工艺品的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控雕铣加工宝玉石工艺品的方法：准备待雕刻的工艺品的3D模型并进行编程；在CNC编程软件中根据工艺品结构以大切削量、小路径的加工方式编辑刀具路径，刀具路径包括单条、两条或多条；将模型程序及刀具路径程序输入至数控雕铣设备中；将待加工的宝玉石原料用工装装夹在数控雕铣设备上；将刀具装夹在数控雕铣设备上，开启数控雕铣设备运行刀具路径，进行雕刻运作；数控雕铣设备按照预设顺序顺次运行单条、两条或多条进行雕刻加工；切换刀具路径时，数控雕铣设备根据不同刀路特征重新装夹刀具；将工艺品从设备上取下，完成雕刻。本发明的方法生产标准化、加工规范化、工艺品质量可控、加工效率高、精度高，生产效率和产品质量兼顾。

Description

数控雕铣加工宝玉石工艺品的方法

技术领域

本发明涉及工艺品加工领域，尤其涉及一种数控雕铣加工宝玉石工艺品的方法。

背景技术

宝玉石雕刻是中国最古老的雕刻品种之一，具有悠久的发展历史和鲜明的时代特征。工艺师在制作过程中，根据不同玉料或石料的天然颜色和自然形状，经过精心设计、反复琢磨，才能把宝玉石雕制成精美的工艺品。

传统的宝玉石雕刻方法主要包括选料、剥皮、设计、粗雕、细雕、修整和抛光等工序，通常为人工手绘图样并雕刻或采用雕刻机器辅助人手进行雕刻。由于宝玉石的材质非常硬，因此与木雕等其他雕刻工艺相比，宝玉石雕刻的雕刻难度更大，雕刻时间更长，更加费事费力。且这种雕刻工艺无法适应当下社会对宝玉石雕刻产品生产标准化、加工规范、质量可控、生产效率高等新的市场需求，使宝玉石雕刻工艺品难以形成规模化的产业，且较高的生产成本大大限制了宝玉石工艺品的适用领域和场景，不利于行业的发展。

发明内容

本发明公开了一种数控雕铣加工宝玉石工艺品的方法，将计算机三维建模与数控雕铣工艺相结合，提高了宝玉石工艺品的加工质量和生产效率。具体技术方案如下：一种数控雕铣加工宝玉石工艺品的方法，包括：

准备待雕刻的工艺品的3D模型，并对3D模型进行CNC加工程序编程；

在CNC编程软件中，根据工艺品的结构，以大切削量、小路径的加工方式编辑刀具路径；

刀具路径包括单条、两条或多条，将模型程序及刀具路径程序输入至数控雕铣设备中；

将待加工的宝玉石原料装夹在数控雕铣设备的工装上；

将与刀具路径相对应的刀具装夹在数控雕铣设备上，开启数控雕铣设备运行刀具路径，进行雕刻运作，刀具采用大切削量、小路径间距的切削方式进行雕刻加工；

数控雕铣设备按照预设顺序运行单条、两条或多条刀具路径进行雕刻加工；

两条或多条刀具路径之间在进行切换时，数控雕铣设备需先切换刀具并重新装夹刀具，再运行切换后的刀具路径；

将雕刻好的宝玉石工艺品从数控雕铣设备上取下，完成雕刻。

进一步，待加工的宝玉石原料的摩斯硬度小于7.0时，路径间距设定为0.05-0.08毫米，待加工的宝玉石原料的摩斯硬度大于7.0时，路径间距设定为0.03-0.04毫米；刀具的弦高误差加工精度设定为0.002毫米；刀具的进给量设定为每分钟4000毫米；下刀进给量设定为每分钟800毫米；刀具安全高度设定为距离宝玉石原料表面高度+5毫米。

进一步，将待加工的宝玉石原料装夹在数控雕铣设备上之前，先对宝玉石原料与数控雕铣设备的工作台相接触的一面进行去残料处理，得到平整的表面，再通过粘合剂将宝玉石原料平整的表面黏贴在数控雕铣设备的工作台上。

进一步，装夹刀具时，刀具的装夹长度不小于刀具直径的6倍，刀具的悬出长度不超过刀具直径的6倍，以保证刀具装夹稳定且不易断刀。

进一步，编辑刀具路径时，在刀具的雕刻路径中预留出“辅助板”的刀具路径，“辅助板”设置在宝玉石工艺品的精细雕刻部位处，以支撑易断的精细雕刻部位；刀具路径还包括“辅助板”清除路径，以将保留在工艺品精细部位处的“辅助板”切削去除。

进一步，需要编辑的刀具路径包括：定位线路径，确定宝玉石原料在数控雕铣设备上的相对位置；轮廓切割路径，对宝玉石原料进行大致轮廓的初步切割；粗加工路径，对轮廓切割后的宝玉石材料进行粗略的造型雕刻；精加工路径，在粗加工之后进行精细雕刻。

进一步，粗加工路径包括分层粗加工路径和二次粗加工路径，先采用分层粗加工路径，根据待加工模型的形状起伏程度和形状的复杂程度，分两层或多层对宝玉石原料进行初步开粗，雕刻出模型的轮廓形状；再采用二次粗加工路径对宝玉石材料进行二次粗加工，进一步细化雕刻模型的基本形状。

进一步，粗加工路径包括宝玉石工艺品正面模型的粗加工路径和反面模型的粗加工路径；精加工路径包括宝玉石工艺品正面模型的精加工路径和反面模型的精加工路径；还包括凹模模型加工路径，凹模模型为宝玉石工艺品正面的凹模模型。

进一步，数控雕铣设备上设置有代木夹具副台，待加工的宝玉石原料装夹在代木夹具副台上，数控雕铣设备进行雕刻运作时，先运行正面模型粗加工路径和正面模型精加工路径，完成工艺品的正面雕刻；

将正面雕刻完毕的工艺品从代木夹具副台上取下，然后运行凹模模型加工路径，在代木夹具副台上雕刻工艺品正面的凹模模型；

再将雕刻好的工艺品的正面倒扣进代木夹具副台上的凹模模型中；

最后运行反面模型粗加工路径和反面模型精加工路径，完成工艺品的反面雕刻。

进一步，待雕刻的工艺品包括需滚动雕刻加工的雕刻面，先在数控程序编辑软件中对待滚动加工的雕刻面进行模型展开，再根据展开后的模型进行刀具路径编辑。

本发明中的数控雕铣加工宝玉石工艺品的方法具有生产标准化、加工规范化、工艺品质量可控、加工效率高的优点，可实现高效率、高精度、高柔性的宝玉石自动雕刻加工，更适应当下社会经济对宝玉石雕刻产品的市场需求；且该方法降低了宝玉石加工造型的技术门槛，可解决雕刻中造型复杂、结构精细、小批量多变的加工问题，把原本需要通过长期学习和练习才能够雕刻成的作品运用简单快捷且准确的方法雕刻出来，生产效率和产品质量兼顾，成本和性价可控。

附图说明

图1为本发明的数控雕铣加工宝玉石工艺品的方法的流程示意图。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的目的及功能，下面结合优选实施例，对本发明的数控雕铣加工宝玉石工艺品的方法做进一步详细的描述。

本发明的数控雕铣加工宝玉石工艺品的方法可采用三轴数控雕铣设备、四轴数控雕铣设备或多轴数控雕铣设备进行加工制造。数控雕铣设备的运动轴方向决定了驱动设备雕刻的运动方向，其中，三轴数控雕铣设备有XYZ三个驱动方向，四轴有XYZA(B)四个驱动方向，以此类推。采用四轴以上的数控雕铣设备进行加工，被称为多轴加工。

三轴数控雕铣设备的原理是，通过XY方向上的前后左右运动形成一个平面，Z方向上带动主轴上下运动，以雕刻深浅，进而构成单面立体雕刻的要素空间。四轴数控雕铣设备的原理是，在三轴基础上加设A或B轴，以增加一个立体旋转雕刻方向。五轴数控雕铣设备的原理是，在四轴基础上增加摇篮或者摆头，使刀具能够作负角度加工，则理论上除装夹位置外，其他位置基本都能够涵盖在可雕刻的范围内。

本发明的数控雕铣加工宝玉石工艺品的方法具体包括以下步骤：

步骤一：造型建模。将预雕刻的模型通过zbrush、artcam、3dmax等三维软件设计完成后，转成STL、OBJ或其他3D打印格式，再输入至artcam、artfrom、powermaill或其他数控程序编辑软件中进行三轴、四轴或五轴数控雕铣加工编程。或者，也可以在模型库中直接调取已经制作好的模型进行编程。

步骤二：编辑刀具路径。在刀具路径编程软件中编辑刀具的加工路径及加工参数，并设定加工刀具的种类和型号。根据工艺品的雕刻复杂程度及尺寸大小，刀具路径可包括多条，不同的刀具路径用于对工艺品进行不同的雕刻处理，不同的刀具路径所设定的刀具种类、刀具型号和/或加工参数不同，所达到的雕刻效果也不相同。例如，刀具路径可包括定位线路径，用于确定宝玉石原料在工件台或代木上的相对位置，以便于刀具定位加工；轮廓切割路径，用于对宝玉石原料进行大致轮廓的初步切割，防止后续雕刻过程中发生撞刀问题；粗加工路径，用于对轮廓切割后的宝玉石材料进行粗略造型雕刻；精加工路径，用于在粗加工之后进行精细雕刻。当然，根据不同雕刻需求，还可以包括其他类型的刀具路径。

步骤三：将制作完毕的模型程序及刀具路径程序输入至数控雕铣设备中。

步骤四：装夹宝玉石等雕刻原料。将待加工的宝玉石原料固定装夹在数控雕铣设备的工作台上。

步骤五：装夹刀具。根据雕刻需要选择刀具，并将刀具装夹在数控雕铣设备上。

步骤六：开启数控雕铣设备进行雕刻运作。在雕刻运作过程中，按照预设顺序运行不同的刀具路径，且在每条刀具路径运行前，需更换刀具的类型及型号，并重新装夹刀具，以使刀具与刀具路径相配合，达到预期的雕刻效果。

步骤七：将雕刻好的宝玉石工艺品从数控雕铣设备上取下，进行人工修缮，完成雕刻。

具体的，在上述步骤一和步骤六中，在编辑刀具路径及数控雕铣设备进行雕刻运作时，刀具的切削方式优选为大切削量、小路径间距的方式，也就是说，刀具在切削时采用较大的切削深度进行加工，且相邻两次刀具下刀的位置间距较小。由于宝玉石原材料与其他雕刻材料相比硬度较大，且宝玉石原材料与金属一类的材料不同，通常质地不均匀，没有韧性，这就导致在切削加工的过程中材料的性质很不稳定，即使采用相同刀具进行相同参数的切削加工，也很容易发生材料断裂或切坏的情况。而采用小路径间距的方式运行刀具，即使宝玉石材料中存在比较明显的层次差异，由于相邻刀具路径之间的间距小，因此在切削时也会比较稳定，不易发生切坏或材料断裂的问题；同时，大切削量又能够保证整体的加工效率，提高加工速度，使刀具切削效果又快又好。

具体的，在步骤一中，当采用三轴数控雕铣设备进行双面雕刻加工时，需要建造三个模型，即工艺品的正面模型、工艺品的反面模型和凹模模型，凹模模型通常为工艺品正面的凹模模型。建造模型后，还需要在数控程序编辑软件中对模型进行预处理，即将正面模型与反面模型的轮廓线重合设置。三轴双面雕刻对于模型轮廓线的重合要求极高，稍有不合，雕刻出的立体件边缘轮廓就会产生偏差。具体的，可采用在数控程序编辑软件中将正面模型和反面模型均设置为居中的方式，或采用手动对齐的方式使正面模型与反面模型的轮廓线相互重合。

在步骤一中，当采用三轴、四轴或五轴数控雕铣设备进行滚动雕刻加工时，需要在数控程序编辑软件中对待滚动加工的弧形或环形雕刻面进行模型展开。如在雕刻碗的侧壁、笔筒侧壁等环形表面时，需将碗侧壁或笔筒侧壁沿侧壁上的一条线切割断开，并从断开处向两侧打开，使侧壁展平，以为后续编辑刀具路径做准备。

具体的，在步骤二中，设定刀具进给路径的路径间距时，需要根据待加工的宝玉石原料的摩斯硬度进行调整和改变。待加工的宝玉石原料的摩斯硬度小于7.0时，如透闪石玉、寿山石、蛇纹岩玉等材料，路径间距小于0.1毫米，优选为0.05-0.08毫米；待加工的宝玉石原料的摩斯硬度大于7.0时，如玛瑙、水晶等材料，路径间距小于0.05毫米，优选为0.04-0.03毫米。刀具进给路径间距过小，会导致加工时间呈几何倍数增长，刀具进给路径间距过大，则刀具磨损会变大，进而导致材料加工过程中出现断刀、接刀纹等不良现象。

在步骤二中，刀具的弦高误差加工精度设定为0.002毫米，数值过大会导致加工模型锐度还原不够，数值过小会导致加工时间变长。刀具的进给量设定为每分钟4000毫米，下刀进给量设定为每分钟800毫米，数值过高会使刀具磨损严重，易出现断刀烧刀，数值过低会导致加工时间变长。刀具安全高度设定为距离材料表面高度+5毫米，高度过高会增加加工时间，过低会使工件加工过程不安全。

在步骤二中，当采用三轴数控雕铣设备进行单面雕刻加工时，通常需要编辑四个刀具路径：1、定位线路径，定位线可确定宝玉石原料在工件台或代木上的相对位置，以便于刀具定位加工；2、轮廓切割路径，即参考待雕刻的模型外形，对宝玉石原料进行大致轮廓的初步切割路径，以防止后续雕刻过程中发生撞刀问题；3、粗加工路径，即对轮廓切割后的宝玉石材料进行粗略造型雕刻的路径；4、精加工路径，即在粗加工之后进行精细雕刻的路径。

在步骤二中，当采用三轴数控雕铣设备进行双面雕刻加工时，需要编辑的刀具路径有：1、定位线路径；2、轮廓切割路径；3、正面模型的粗加工路径和精加工路径；4、反面模型的粗加工路径和精加工路径5、凹模模型加工路径。

在步骤二中，当采用四轴数控雕铣设备进行立体雕刻加工时，需要编辑的刀具路径有：1、正面模型分层粗加工路径，即根据待加工模型的形状起伏程度和形状的复杂程度，分层对宝玉石原料进行初步开粗，雕刻出正面模型初步的轮廓形状；2、正面模型二次粗加工路径，即采用较为细致的刀具对宝玉石材料进行二次粗加工，雕刻正面模型的形状；3、反面模型分层粗加工路径，即根据待加工模型的形状起伏程度和形状的复杂程度，分层对宝玉石原料进行初步开粗，雕刻出反面模型初步的轮廓形状；4、反面模型二次粗加工路径，即采用较为细致的刀具对宝玉石材料进行二次粗加工，雕刻反面模型的形状；5、四轴旋转加工路径，对粗加工后的宝玉石材料进行旋转式整体精细雕刻。

在步骤二中，当采用五轴数控雕铣设备进行立体雕刻加工时，需要编辑的刀具路径有：1、正面模型粗加工路径；2；反面模型粗加工路径；3、四轴旋转半精加工路径；4、五轴精加工路径。首先，通过正面模型和反面模型的粗加工路径对宝玉石原料进行开粗，使宝玉石形成基本的工艺品形状；然后通过四轴旋转加工路径完成旋转式整体半精加工；最后通过五轴精加工路径完成最终的细节雕刻。

具体的，在步骤四中，将宝玉石等雕刻原料装夹在工作台上之前，可先对宝玉石原料与工作台相接触的一面进行去残料处理，使其具有平整的表面，以便于提高装夹的稳定性。宝玉石原料可通过502胶或AB胶黏贴在特制工作台上。

在步骤四中，当采用三轴数控雕铣设备进行双面雕刻加工时，优选地，选用代木夹具副台作为工作台。选用代木夹具副台作为工作台时，可将双面雕刻加工中需要制作的凹模模型直接雕刻在代木夹具副台上，因此对于原材料需要二次双面加工的工艺品，运用代木夹具副台可减少生产成本，提高生产效率。

具体的，在步骤五中，装夹刀具时，刀具的装夹长度不小于刀具直径的6倍，在工件落差允许的情况下，刀具的悬出长度不超过刀具直径的6倍，以保证刀具装夹稳定且不易断刀。

具体的，在步骤六中，当采用三轴数控雕铣设备进行单面雕刻加工时，首先运行轮廓切割路径，用平底刀或者球头刀切出待雕刻模型的外轮廓，以防雕刻过程中发生撞刀问题；然后切换刀具，运行粗加工路径，用锥度球头刀对待雕刻模型进行粗加工，大型雕刻件则需要用球头刀进行一次开粗，再用锥度球头刀进行二次开粗；最后再切换刀具，运行精加工路径，用三棱型的锥度平底刀对待雕刻模型进行精细加工。

在步骤六中，当采用三轴数控雕铣设备进行双面雕刻加工时，首先运行轮廓切割路径，用平底刀或者球头刀切出待雕刻模型的外轮廓，以防雕刻过程中发生撞刀问题；然后切换刀具，运行正面模型粗加工路径和正面模型精加工路径，用锥度球头刀对待雕刻模型进行粗加工，用三棱型的锥度平底刀对待雕刻模型进行精细加工，完成工艺品的正面雕刻；将正面雕刻完毕的工艺品从工件台上取下，然后切换刀具，运行凹模模型加工路径，在代木上雕刻工艺品正面的凹模模型，再将雕刻好的工艺品的正面倒扣进凹模模型中；最后再次切换刀具，运行反面模型粗加工路径和反面模型精加工路径，完成工艺品的反面雕刻。

凹模模型的作用是确定待加工的工艺品工件的加工中心。通常，在工艺品正面加工完毕后，通过目测等方式对齐加工工件的背面会产生较大的误差，且对操作技术人员的技术水平和经验要求较高，而采用上述加工工艺，既能够保证工艺品正反两面的加工中心准确对应，确保加工精度，又具有操作简单、加工成本低的优势。

进一步，在宝玉石工艺品的加工过程中，常常会包含有如手部、脚部、手臂、腿等易断的精细形状或结构。在本发明的加工方法中，通常会先进行粗加工雕刻，再进行精加工雕刻，由于不同雕刻步骤中采用的刀具不同，如果使用粗加工雕刻中的粗大刀具直接对易断的精细结构进行初步加工，很容易使结构断裂损坏；而且在一些特殊情况下，精加工雕刻的刀具也可能会将一些精细结构破坏，只能采用更为特殊的刀具进行加工。

这种情况下，在步骤六中，当需要加工的工艺品中包括手部、脚部、手臂、腿等易断的精细形状或结构时，需要设置“辅助板”进行辅助雕刻，以保证精细结构安全加工完成。“辅助板”是贴靠设置在易断的精细结构旁侧的薄板、柱结构、块结构等支撑件，可暂时支撑这些易断结构。采用数控雕铣设备进行雕刻时，可在刀具的雕刻路径中预留出“辅助板”的刀具路径，即刀具避开“辅助板”所在位置的宝玉石原材料进行雕刻，使余留在工艺品上的部分原材料直接形成“辅助板”，以支撑易断的精细形状或结构；当常规的刀具路径运行完毕后，再单独切换一个更为精细的刀具，将形成“辅助板”的宝玉石原材料洗削去除，即可完成精细结构的雕刻成型。采用这种雕刻方法，既能够保证工艺品的细节部位不易雕坏，又能够保证雕刻效率，不需要频繁切换刀具。

相对应的，当需要采用设置“辅助板”的方法进行加工时，在步骤二中，需要编辑的刀具路径还包括“辅助板”清除路径，用于将保留在工艺品精细形状或结构处形成“辅助板”的宝玉石原材料切削去除。

下面结合优选实施例对本发明的数控雕铣加工宝玉石工艺品的方法做进一步详细的描述。

一、采用三轴数控雕铣设备雕刻子冈牌

以加工原材料为玛瑙，尺寸为30mm*50mm的子冈牌为例：

步骤一，通过artcam软件建造子冈牌模型，或调取已有的子冈牌模型，并对该模型进行三轴数控雕铣加工编程。

步骤二，在刀具路径编程软件中编辑定位线路径，设定为锥度平底刀进行加工，进给速度为1200mm/min，加工深度为0.1mm。

步骤三，编辑轮廓切割路径，设定为平底刀进行加工，进给速度为1260mm/min，加工深度为9mm。

步骤四，编辑粗加工路径，设定为45度球头半径0.8毫米锥度球头金刚砂刀进行加工，进给速度为1170mm/min，路径间距为0.04mm。

步骤五，编辑精加工路径，设定为30度球头半径0.3毫米锥度球头金刚砂刀进行加工，进给速度为1190mm/min，路径间距为0.02mm。

步骤六，将制作完毕的模型程序及刀具路径程序输入至三轴数控雕铣设备中。

步骤七，对待加工的玛瑙和田玉原料的其中一面进行去残料处理，使其表面平整，然后用502胶将处理好的平整平面粘贴在三轴数控雕铣设备的工作台上。

步骤八，将定位线路径用的锥度平底刀装夹在三轴数控雕铣设备上，开启三轴数控雕铣设备进行雕刻运作；定位线路径运行完毕后，将刀具更换为平底刀，运行轮廓切割路径；轮廓切割路径运行完毕后，将刀具更换为锥度球头金刚砂刀，运行粗加工路径；粗加工路径运行完毕后，将刀具更换为30度球头半径0.3毫米锥度球头金刚砂刀，运行精加工路径。

步骤九，将雕刻好的子冈牌从三轴数控雕铣设备上取下，进行人工修缮，得到子冈牌工艺品成品。

二、采用三轴数控雕铣设备雕刻双面观音牌

以加工原材料为蛇纹岩玉，尺寸为30mm*60mm的双面观音牌为例：

步骤一，通过artcam软件建造双面观音牌模型，或调取已有的双面观音牌模型，并对该模型的正面模型和背面模型分别进行三轴数控雕铣加工编程，并在数控程序编辑软件中对模型进行预处理，即将正面模型与反面模型的轮廓线重合设置。

步骤二，建造正面模型对应的凹模模型，进行三轴数控雕铣加工编程。

步骤三，在刀具路径编程软件中编辑定位线路径，设定为锥度平底刀进行加工，进给速度为1200mm/min，加工深度为0.1mm。

步骤四，编辑轮廓切割路径，设定为平底刀进行加工，进给速度为1260mm/min，加工深度为9mm。

步骤五，编辑正面模型和背面模型的粗加工路径，设定为锥度球头金刚砂刀进行加工，进给速度为1170mm/min，路径间距为0.07mm。

步骤六，编辑正面模型和背面模型精加工路径，设定为锥度平底刀进行加工，进给速度为1180mm/min，路径间距为0.05mm。

步骤七，编辑凹模模型的刀具路径，凹模模型刀具路径包括粗加工路径和精加工路径，分别设定为锥度球头刀和锥度平底刀进行加工，进给速度为1180mm/min，路径间距为0.05mm。

步骤八，将制作完毕的模型程序及刀具路径程序输入至三轴数控雕铣设备中。

步骤九，对待加工的蛇纹岩玉原料的其中一面进行去残料处理，使其表面平整，然后用502胶将处理好的平整平面粘贴在三轴数控雕铣设备的代木工作台上。

步骤十，将定位线路径用的锥度平底刀装夹在三轴数控雕铣设备上，开启三轴数控雕铣设备进行雕刻运作；定位线路径运行完毕后，将刀具更换为平底刀，运行轮廓切割路径；轮廓切割路径运行完毕后，将刀具更换为锥度球头金刚砂刀，运行正面模型的粗加工路径；粗加工路径运行完毕后，将刀具更换为三棱型锥度平底刀，运行正面模型的精加工路径；然后将加工为半成品的工艺品从工作台上取下，更换锥度球头刀在代木上运行凹模模型的粗加工路径，再更换锥度平底刀在代木上运行凹模模型的精加工路径；将观音牌的正面扣入到加工好的凹模模型中，使观音牌的背面朝上，更换锥度球头金刚砂刀和三棱型锥度平底刀分别运行背面模型的粗加工路径和精加工路径。

步骤九，将雕刻好的双面观音牌从三轴数控雕铣设备的代木工作台上取下，进行人工修缮，得到双面观音牌工艺品成品。

三、采用四轴数控雕铣设备雕刻宝相花薄胎茶碗

以加工原材料为和田玉，尺寸为高40mm、外径100mm的宝相花薄胎茶碗为例：

步骤一，通过artcam软件建造宝相花薄胎茶碗模型，或调取已有的宝相花薄胎茶碗模型，并在数控程序编辑软件中对宝相花薄胎茶碗模型的弧形雕刻面进行模型展开，将茶碗侧壁上的一条线切割断开，并从断开处向两侧打开，使侧壁展平，对展开后的模型进行四轴数控雕铣加工编程。

步骤二，在刀具路径编程软件中编辑粗加工路径，设定为锥度球头金刚砂刀进行加工，进给速度为1170mm/min，路径间距为0.05mm。

步骤三，编辑精加工路径，设定为锥度平底刀进行加工，进给速度为1170mm/min，路径间距为0.02mm。

步骤四，将制作完毕的模型程序及刀具路径程序输入至四轴数控雕铣设备中。

步骤五，将待加工的薄胎茶碗粗胚通过连轴圆柱体装夹在四轴数控雕铣设备上。

具体的，先通过对角线等测量方式确定薄胎茶碗粗胚的中心位置，然后用圆规或者直尺画出连轴圆柱体外形，并将连轴圆柱体对准薄胎茶碗粗胚的中心位置，用502胶将薄胎茶碗粗胚与连轴圆柱体快速粘合在一起。再将AB胶涂抹包裹在薄胎茶碗粗胚与连轴圆柱体上，待AB胶固化后，将连轴圆柱体未与薄胎茶碗粗胚连接的一端装夹在四轴数控雕铣设备的选择轴上，使连轴圆柱体与选择轴锁紧设置，完成装夹。

步骤六，将锥度金刚砂平底刀装夹在四轴数控雕铣设备上，开启四轴数控雕铣设备进行定位线路径的雕刻运作；定位线路径运行完毕后，将刀具更换为锥度球头刀，运行粗加工路径；粗加工路径运行完毕后，将刀具更换为锥度平底刀，运行精加工路径。

步骤七，将雕刻好的宝相花薄胎茶碗从四轴数控雕铣设备的工作台上取下，进行人工修缮，得到宝相花薄胎茶碗的工艺品成品。

四、采用四轴数控雕铣设备雕刻立体观音

以加工原材料为水晶，高度为50mm的立体观音为例：

步骤一，通过artform软件建造立体观音模型，或调取已有的立体观音模型，并对该模型进行四轴数控雕铣加工编程。

步骤二，在刀具路径编程软件中编辑正面模型分层粗加工路径，即根据待加工模型的形状起伏程度和形状的复杂程度，分三层对水晶原料的正面进行初步开粗，雕刻出正面模型初步的轮廓形状；设定为球头刀加工，进给速度为1270mm/min，路径间距为0.08mm。

步骤三，在刀具路径编程软件中编辑正面模型二次粗加工路径，采用较球头刀更为细致一些的锥度球头刀对水晶原料进行二次粗加工，进给速度为1270mm/min，路径间距为0.04mm。

步骤四，在刀具路径编程软件中编辑背面模型分层粗加工路径，分三层对水晶原料的背面进行初步开粗，雕刻出背面模型初步的轮廓形状；设定为球头刀加工，进给速度为1270mm/min，路径间距为0.08mm。

步骤五，在刀具路径编程软件中编辑背面模型二次粗加工路径，采用较球头刀更为细致一些的锥度球头刀对水晶原料进行二次粗加工，进给速度为1270mm/min，路径间距为0.04mm。

步骤六，在刀具路径编程软件中编辑四轴旋转精加工路径，对粗加工后的立体观音进行旋转式整体精细雕刻；设定为锥度平底刀进行加工，进给速度为1190mm/min，路径间距为0.02mm。

步骤七，将制作完毕的模型程序及刀具路径程序输入至四轴数控雕铣设备中。

步骤八，将待加工的水晶原材料装夹在四轴数控雕铣设备上。

步骤九，将球头刀装夹在四轴数控雕铣设备上，开启四轴数控雕铣设备进行正面模型分层粗加工路径和背面模型分层粗加工路径的雕刻运作；运行完毕后，将刀具更换为锥度球头刀，运行正面模型二次粗加工路径和背面模型二次粗加工路径；运行完毕后，将刀具更换为锥度平底刀，运行四轴旋转精加工路径。

步骤十，将雕刻好的立体观音从四轴数控雕铣设备的工作台上取下，进行人工修缮，得到立体观音的工艺品成品。

五、采用五轴数控雕铣设备雕刻立体哪吒

以加工原材料为寿山石，高度为120mm的立体哪吒为例：

步骤一，通过artform软件建造立体哪吒模型，或调取已有的立体哪吒模型，并对该模型进行五轴数控雕铣加工编程。

步骤二，在刀具路径编程软件中编辑正面模型分层粗加工路径和反面模型分层粗加工路径，分别分三层对寿山石原料的正面和背面进行初步开粗，以雕刻出正面模型初步的轮廓形状；设定为球头刀加工，进给速度为1250mm/min，路径间距为0.1mm。

步骤三，编辑正面模型二次粗加工路径和背面模型二次粗加工路径，采用锥度球头刀对寿山石原料进行二次粗加工，进给速度为1250mm/min，路径间距为0.1mm。

步骤四，编辑四轴旋转半精加工路径，对粗加工后的立体哪吒进行旋转式整体精细雕刻；设定为锥度平底刀进行加工，进给速度为1170mm/min，路径间距为0.02mm。

步骤五，编辑五轴精加工路径，以完成立体哪吒最终的细节雕刻；设定为锥度平底刀进行加工，进给速度为1050mm/min，路径间距为0.02mm。

步骤六，编辑“辅助板”清除路径，以对保留在立体哪吒手部、脚部等精细雕刻部位处的“辅助板”材料进行切削去除；设定为锥度球铣刀进行加工，进给速度为800mm/min，路径间距为0.05mm。

步骤七，将制作完毕的模型程序及刀具路径程序输入至五轴数控雕铣设备中。

步骤八，将待加工的寿山石原材料装夹在五轴数控雕铣设备上。

步骤九，将球头刀装夹在五轴数控雕铣设备上，开启五轴数控雕铣设备进行正面模型分层粗加工路径和背面模型分层粗加工路径的雕刻运作；运行完毕后，将刀具更换为锥度球头刀，运行正面模型二次粗加工路径和背面模型二次粗加工路径；运行完毕后，将刀具更换为锥度平底刀，运行四轴旋转精加工路径；运行完毕后，将刀具更换为锥度球铣刀，运行五轴精加工路径；最后，将刀具更换为更为精细的锥度球铣刀，运行“辅助板”清除路径。

步骤十，将雕刻好的立体哪吒从五轴数控雕铣设备的工作台上取下，进行人工修缮，得到立体哪吒的工艺品成品。

本发明中的数控雕铣加工宝玉石工艺品的方法具有生产标准化、加工规范化、工艺品质量可控、加工效率高的优点，可实现高效率、高精度、高柔性的宝玉石自动雕刻加工，更适应当下社会经济对宝玉石雕刻产品的市场需求；且该方法降低了宝玉石加工造型的技术门槛，可解决雕刻中造型复杂、结构精细、小批量多变的加工问题，把原本需要通过长期学习和练习才能够雕刻成的作品运用简单快捷且准确的方法雕刻出来，生产效率和产品质量兼顾，成本和性价可控。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种数控雕铣加工宝玉石工艺品的方法，其特征在于，包括：

准备待雕刻的工艺品的3D模型，并对3D模型进行CNC加工程序编程；

在CNC编程软件中，根据工艺品的结构，以大切削量、小路径的加工方式编辑刀具路径；

刀具路径包括单条、两条或多条，将模型程序及刀具路径程序输入至数控雕铣设备中；

将待加工的宝玉石原料装夹在数控雕铣设备的工装上；

将与刀具路径相对应的刀具装夹在数控雕铣设备上，开启数控雕铣设备运行刀具路径，进行雕刻运作，刀具采用大切削量、小路径间距的切削方式进行雕刻加工；

数控雕铣设备按照预设顺序运行单条、两条或多条刀具路径进行雕刻加工；

两条或多条刀具路径之间在进行切换时，数控雕铣设备需先切换刀具并重新装夹刀具，再运行切换后的刀具路径；

将雕刻好的宝玉石工艺品从数控雕铣设备上取下，完成雕刻。

2.如权利要求1所述的数控雕铣加工宝玉石工艺品的方法，其特征在于，待加工的宝玉石原料的摩斯硬度小于7.0时，路径间距设定为0.05-0.08毫米，待加工的宝玉石原料的摩斯硬度大于7.0时，路径间距设定为0.03-0.04毫米；刀具的弦高误差加工精度设定为0.002毫米；刀具的进给量设定为每分钟4000毫米；下刀进给量设定为每分钟800毫米；刀具安全高度设定为距离宝玉石原料表面高度+5毫米。

3.如权利要求1所述的数控雕铣加工宝玉石工艺品的方法，其特征在于，将待加工的宝玉石原料装夹在数控雕铣设备上之前，先对宝玉石原料与数控雕铣设备的工作台相接触的一面进行去残料处理，得到平整的表面，再通过粘合剂将宝玉石原料平整的表面黏贴在数控雕铣设备的工作台上。

4.如权利要求1所述的数控雕铣加工宝玉石工艺品的方法，其特征在于，装夹刀具时，刀具的装夹长度不小于刀具直径的6倍，刀具的悬出长度不超过刀具直径的6倍，以保证刀具装夹稳定且不易断刀。

5.如权利要求1所述的数控雕铣加工宝玉石工艺品的方法，其特征在于，编辑刀具路径时，在刀具的雕刻路径中预留出“辅助板”的刀具路径，“辅助板”设置在宝玉石工艺品的精细雕刻部位处，以支撑易断的精细雕刻部位；刀具路径还包括“辅助板”清除路径，以将保留在工艺品精细部位处的“辅助板”切削去除。

6.如权利要求1所述的数控雕铣加工宝玉石工艺品的方法，其特征在于，需要编辑的刀具路径包括：定位线路径，确定宝玉石原料在数控雕铣设备上的相对位置；轮廓切割路径，对宝玉石原料进行大致轮廓的初步切割；粗加工路径，对轮廓切割后的宝玉石材料进行粗略的造型雕刻；精加工路径，在粗加工之后进行精细雕刻。

7.如权利要求6所述的数控雕铣加工宝玉石工艺品的方法，其特征在于，粗加工路径包括分层粗加工路径和二次粗加工路径，先采用分层粗加工路径，根据待加工模型的形状起伏程度和形状的复杂程度，分两层或多层对宝玉石原料进行初步开粗，雕刻出模型的轮廓形状；再采用二次粗加工路径对宝玉石材料进行二次粗加工，进一步细化雕刻模型的基本形状。

8.如权利要求6所述的数控雕铣加工宝玉石工艺品的方法，其特征在于，粗加工路径包括宝玉石工艺品正面模型的粗加工路径和反面模型的粗加工路径；精加工路径包括宝玉石工艺品正面模型的精加工路径和反面模型的精加工路径；还包括凹模模型加工路径，凹模模型为宝玉石工艺品正面的凹模模型。

9.如权利要求8所述的数控雕铣加工宝玉石工艺品的方法，其特征在于，数控雕铣设备上设置有代木夹具副台，待加工的宝玉石原料装夹在代木夹具副台上，数控雕铣设备进行雕刻运作时，先运行正面模型粗加工路径和正面模型精加工路径，完成工艺品的正面雕刻；

将正面雕刻完毕的工艺品从代木夹具副台上取下，然后运行凹模模型加工路径，在代木夹具副台上雕刻工艺品正面的凹模模型；

再将雕刻好的工艺品的正面倒扣进代木夹具副台上的凹模模型中；

最后运行反面模型粗加工路径和反面模型精加工路径，完成工艺品的反面雕刻。

10.如权利要求1或6所述的数控雕铣加工宝玉石工艺品的方法，其特征在于，待雕刻的工艺品包括需滚动雕刻加工的雕刻面，先在数控程序编辑软件中对待滚动加工的雕刻面进行模型展开，再根据展开后的模型进行刀具路径编辑。

Images