基于ArtCAM軟件的浮雕設(shè)計

沈長生 郭旭紅

(①蘇州大學(xué)機電工程學(xué)院，江蘇蘇州 215021;②蘇州農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇蘇州 215008)

1 軟件簡介

ArtCAM軟件最早1991年運行于Unix工作站，1994年正式發(fā)布應(yīng)用在Windows3.1上的ArtCAM V1.0版本，經(jīng)過數(shù)十次版本的改進，已經(jīng)發(fā)展至如今比較成熟的2009版本。ArtCAM與常見的自動編程軟件(UG、Pro/E、MasterCAM等)不同，主要用來進行浮雕的設(shè)計及加工，可以從二維矢量或位圖直接生成三維浮雕。這些矢量和位圖可以在ArtCAM里產(chǎn)生，或從其他系統(tǒng)輸入。ArtCAM可以裝載三維模型，從它們生成浮雕并包含了編輯浮雕和存儲浮雕的功能。產(chǎn)生三維浮雕以后，可以生成刀具路徑。不但能夠輕松產(chǎn)生粗加工、精加工和雕刻的多條刀具路徑，還可以模擬刀具路徑，這樣在加工前就可以看到完成的產(chǎn)品［1］。

2 編程準(zhǔn)備

2.1 素材準(zhǔn)備

以我院校徽(如圖1)的浮雕設(shè)計為例，設(shè)計前，準(zhǔn)備一個具有足夠像素的位圖文件，并將文件保存為Art-CAM軟件支持的位圖格式，比如bmp、jpeg、png等。這里將文件的像素設(shè)置成800×800。

2.2 后處理編輯

后處理文件是軟件與機床的橋梁，軟件生成的加工程序能否順利在機床中執(zhí)行，主要在于后處理文件中設(shè)置的各種規(guī)則是否符合機床的指令體系。ArtCAM安裝目錄中的“postp”文件夾內(nèi)包含了200多個后處理文件(*.con)，盡管如此，還是不能滿足品種繁多的機床的需求，這時就需要修改后處理。

眾所周知，數(shù)控機床的程序是由3部分組成:程序開頭、程序主體及程序結(jié)尾。對于大多數(shù)機床來說，支持的程序主體都是相同的，所不同的是程序開頭和程序結(jié)尾。在修改后處理文件時，一般只要修改這部分內(nèi)容即可。

以西班牙FAGOR 8055i(M)數(shù)控系統(tǒng)為例，修改其所用后處理，選擇“postp”文件夾中“CamtechCMC3_mm.con”文件，以文本方式打開，部分內(nèi)容如下:

表1中列出了ArtCAM后處理變量名及其含義，后處理文件中除了上述修改的內(nèi)容外，還有很多可以進行設(shè)置的內(nèi)容，編程者可以根據(jù)實際需要進行修改，修改結(jié)束后保存即可。

3 自動編程

3.1 素材分析

表1 ArtCAM后處理變量含義［2］

雖然ArtCAM軟件支持從位圖直接生成三維浮雕，但是由于圖片本身精度、質(zhì)量、顏色等諸多因素的影響，直接生成浮雕的效果往往是不理想的。以人的肖像為例，直接轉(zhuǎn)換的結(jié)果是，頭發(fā)的高度要低于人臉的高度，出現(xiàn)錯誤。這是由于ArtCAM首先會將圖片轉(zhuǎn)換成灰度圖片，然后根據(jù)圖片灰度的大小來計算各要素的高度，顏色深，高度低;顏色淺，高度高，高低變化便形成了浮雕。而人的頭發(fā)暗，人臉的顏色亮，直接轉(zhuǎn)換必然會出現(xiàn)錯誤。

為了提高設(shè)計效率，可將圖1分解為4個部分:內(nèi)外邊界圓、中文院名、英文院名及日期、古建筑。其中前三項可以通過軟件中的矢量工具繪出，但古建筑比較復(fù)雜，可以直接由圖片轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換前可以將除古建筑外的圖元刪除并加深這部分顏色，僅保留古建筑部分，如圖2所示。

3.2 矢量設(shè)計

打開ArtCAM軟件，進入新建模型界面，輸入高度寬度值，調(diào)整分辨率。本例在進行矢量設(shè)計時，可以用?；請D片作為矢量設(shè)計的參考背景，點擊“位圖”菜單，選擇“裝載層”，進入“裝載位圖層”界面，選中文件后，在拉伸選項中，選擇“適合”，圖片將與新建的模型尺寸統(tǒng)一。由于該圖片是用來作為參考背景，故隨時可對圖片的對比度進行調(diào)節(jié)，以凸顯矢量。

按照背景圖片的尺寸，用“產(chǎn)生圓形”矢量工具繪制出內(nèi)外邊界圓。

中文院名為系統(tǒng)字庫中沒有的特型字體，這時可利用“魔棒”工具點擊背景圖片上的每個字體，需要注意的是“圖像顏色公差”值的確定，該值過大，稍小的文字部首將無法選中;該值過小，則不能精確還原文字的細(xì)節(jié)。

英文院名及日期可利用“產(chǎn)生矢量文字”工具，選擇正確的字體，調(diào)整適合的尺寸。但此時文字是水平排列的，需先繪制與背景圖片英文彎曲的曲線一致的圓弧，選中英文，點擊“沿曲線包裹文字”工具，調(diào)整文字到合適的位置即可。背景圖片層此時已經(jīng)不再需要了，可將該層刪除，這時，矢量設(shè)計工作完成，如圖3。

3.3 建模與修整

同時選中最外圍兩個矢量圓，雙擊該圓，即打開“形狀編輯器”界面，按照圖4所示，點擊“相加”，編輯出3D形狀。中間兩個圓的編輯原理相同。編輯3種字體的形狀時，應(yīng)采用“矩形”增長的模式。

點擊“浮雕”菜單，選擇“裝載層”，進入“裝載浮雕層”界面，“文件類型”中選擇“位圖文件”，選中圖2位圖文件，“拼合方式”中選擇“最高拼合”，并設(shè)置“Max Z”的值與矢量形狀編輯的值一致。點擊“打開”按鈕后，在3D視圖中會發(fā)現(xiàn)，古建筑部分已經(jīng)產(chǎn)生了模型。如圖4所示。利用裝載浮雕層的方法，可迅速將復(fù)雜的但又不影響整體效果的部分直接建模，大大提高了設(shè)計的效率。

3.4 計算仿真刀路

切換“刀具路徑”編輯界面，選擇“加工浮雕”項，進入加工浮雕界面，要加工的區(qū)域中，選擇“復(fù)合浮雕”;切削方式選擇“X方向平行加工”即可;本例選擇刀具為20°的尖刀，平底直徑為0.2 mm，切削參數(shù)根據(jù)刀具、材料和機床等綜合給定;材料設(shè)置中，Z軸零點取頂部，厚度大于浮雕高度即可，點擊確認(rèn)，完成設(shè)置。點擊“現(xiàn)在”，軟件自動計算刀具路徑，3D視圖中紅色的線條代表雕刻刀的走刀路徑，藍色線條代表退刀路徑。

點擊“刀具路徑”菜單，選擇“仿真刀具路徑”選項，進入“刀具路徑動態(tài)仿真”界面，各參數(shù)默認(rèn)，點擊“仿真刀具路徑”按鈕，這時軟件會根據(jù)刀具及各項設(shè)定參數(shù)動態(tài)仿真加工過程以及最終加工效果，“所見即所得”，如圖5。如果發(fā)現(xiàn)效果不理想，比如有的細(xì)節(jié)部位加工不到，說明該部分矢量設(shè)計時，沒有考慮好矢量的間距，或者是由于刀具選擇的太大等等。

3.5 程序輸出

點擊“刀具路徑”菜單，選擇“保存刀具路徑為”選項，進入“保存刀具路徑”界面，點擊右箭頭，將“已計算的刀具路徑”裝載到“按單一文件保存刀具路徑”欄，“按以下格式輸出加工文件”項中則需找到后處理修改的機床名稱。最后點擊保存，程序文件將被輸出。

4 結(jié)語

目前，用于的浮雕設(shè)計的軟件有很多，比如北京的JDPaint，英國的ArtCAM，法國的Type3等，可以說種類繁多，但是他們的原理都是類似的，都要經(jīng)歷矢量設(shè)計、建模、刀具路徑仿真和后處理修改等過程。本文僅僅介紹了ArtCAM的使用過程及一些技巧，真正想用好該軟件，除了要熟悉浮雕的加工工藝，還需有一定的美術(shù)功底。研究浮雕的設(shè)計與加工，創(chuàng)造出好的浮雕作品。

［1］UK培訓(xùn)中心.ArtCAM PRO 8培訓(xùn)教程［Z］.2005.

［2］Delcam.Post Processor Configuration Guide［Z］.1994.