CNC 半色调指南

如何在 CNC 机床上制作半色调照片

本指南完整讲解从照片文件到加工网点图案的全过程：灰度预处理、网点间距计算、深度映射、刀具选择，以及会毁掉整块面板的常见错误。面向需要可重复工艺而非一次性试验的工程师和加工人员。

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±0.005 mm 公差Ra 0.8–1.6 μm 表面粗糙度12 小时 DFM 反馈无最小起订量

本页内容

本文内容

1
要点速览
2
半色调图案在铣床上的工作原理
3
进入 CAM 前的照片预处理
4
刀具选择与切削参数
5
材料特性与后处理
6
分步操作：从照片到加工面板
7
哪种半色调方法适合你的零件

快速解答

要点速览

半色调是网点阵列，不是照片图像被转换为大小或深度不同的单元格，人眼在观看距离上将其融合。

间距决定可辨识度在 300 mm 面板上，0.6–1.2 mm 的单元格间距视觉效果良好。低于 0.4 mm 网点开始模糊。

深度范围保持浅切0.05–0.30 mm 可获得完整色调范围，同时不削弱薄壁、不积存切屑。

30° 或 60° V 刀可完成大部分工作使用 0.2–0.5 mm 刀尖圆角。球头刀适合凹坑式单元格。

铝和黄铜加工效果最好6061 和 C36000 能保持清晰的网点边缘。塑料容易涂抹，除非降低进给。

原理

半色调图案在铣床上的工作原理

半色调将连续调图像转换为离散单元格。在印刷中，每个单元格在旋转网格内包含一个固定大小的墨点。在 CNC 机床上，同一网格被加工为物理特征：型腔、凹坑或 V 形槽。暗部区域单元格更大或更深，亮部区域更小或更浅。

图像不是在机床上读取的，而是先采样。300 mm 宽的面板以 1.0 mm 间距计算，横向有 300 个单元格。这才是成品的实际分辨率，而非源文件的像素数。4000 × 4000 px 的照片降采样到 300 个单元格会丢失大部分细节，这是预期内的。

观看距离决定间距。从 2 m 处观看的面板可用 1.5 mm 单元格，看起来仍然平滑。手持零件在 300 mm 处观看需要 0.6 mm 或更细，这会减小刀尖圆角并增加加工节拍。

色调范围来自深度，而不仅是宽度。同样直径下，0.05 mm 浅单元格比 0.25 mm 单元格捕捉的阴影更少。结合两个变量，在图案变得浑浊之前大约可获得 16 到 32 个可用灰阶。

1
网格角度使用 45° 或 15° 单元格旋转。0°/90° 网格与刀路对齐，会出现条带。
2
单元格形状圆形、方形和菱形单元格的边缘锐度不同。方形最能保持暗色调。

图像预处理

进入 CAM 前的照片预处理

从灰度转换开始，而不是去饱和。简单去饱和会保留映射到相近灰度值的颜色，从而压缩对比度。使用通道混合器或亮度加权转换，使红色和蓝色干净分离。

手动设置黑白场。如果照片最暗部分只有 20% 灰度，加工面板将没有深色单元格，看起来发白。拉伸直方图，使纯黑位于暗部端、纯白位于亮部端。

适度锐化。半径 1–2 px 的小幅 USM 锐化有助于边缘在降采样后保留。过度锐化会产生光晕，在零件上变成可见的网点环。

在转换前裁剪到最终宽高比。转换后再重采样会混合灰阶，并软化刚调好的网点边缘。

1
位深在最终导出前使用 16 位灰度。8 位条带会表现为阶梯状色调带。
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目标尺寸按单元格数的 2 倍导出，再让 CAM 降采样。可减少混叠。

刀具

刀具选择和切削参数

V 刀切削锥面，因此深度和直径相互关联。这种关联很有用：一次 Z 轴移动同时设定阴影深度和网点宽度。这也意味着磨损的刀尖会悄悄改变色调。每加工 20,000 个单元格测量一次刀尖圆角，超过 0.05 mm 时更换刀具。

球头刀切削球形凹坑。深度与宽度的关系更平缓，色调控制更容易，但最暗的黑色需要更深的切削。当材料在尖锐 V 刀尖处容易崩边时使用，例如铸铝或某些铜材。

主轴转速不如排屑重要。小单元格容易积屑。加装强力吹气，每次走刀切削深度控制在 0.05 mm 以下。总深度每 0.1 mm 啄钻一次通常足够。

切削液需要权衡。雾化冷却对铝有帮助，但会在浅型腔中留下残留物，阳极氧化前难以清除。仅用吹气可保持单元格干燥，检测也更简单。

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铝 60618,000–12,000 rpm，800–1,500 mm/min，吹气，每次走刀 0.05 mm。
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黄铜 C360006,000–9,000 rpm，600–1,000 mm/min。用 60° 刀具切削干净。
3
不锈钢 3044,000–6,000 rpm，300–500 mm/min，雾化冷却。刀具寿命会缩短。
4
PMMA / ABS10,000–14,000 rpm，1,200–2,000 mm/min。ABS 需降低速度以避免涂抹。

材料

材料特性与后处理

铝 6061 是默认选择。它能切出清晰的单元格壁，阳极氧化均匀，切削面与母材表面之间对比清晰。硬质阳极氧化使加工单元格比未加工表面更暗，表观对比度约增加一个色调等级。

黄铜和铜在中等速度下可切出无毛刺边缘。它们也会氧化变色，因此在确定细间距前，值得规划化学镀镍或透明漆层。5–10 μm 的涂层厚度可使 0.4 mm 单元格缩小 5%。

304 和 316 不锈钢可用，但需要降低进给并使用新刀具。不锈钢的网穴边缘比铝更锐利，在掠射光下观感较好，但在直射光下可能过亮。

塑料是难点。PMMA 在保持高进给、低每层切深时加工干净。ABS 和 POM 会涂抹并留下毛边，填塞浅网穴。若零件必须用塑料，将节距增大到 1.5 mm 以上。

就对比度而言，激光打标是另一种工艺，不产生同样的基于深度的色调范围。它造成表面颜色变化，最小字符高度 1.5 mm，适合文字和标识，不适合照片半色调。

1
阳极氧化透明、着色和硬质氧化都会轻微改变色调。先在试片上测试。
2
喷砂仅在加工前使用，或将网点区域完全遮蔽。

流程

分步操作：从照片到加工面板

按顺序执行。跳过一步通常表现为条带或网点壁破损。

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1. 确定观看距离和面板尺寸确定零件将被观看的位置。观看距离 300–500 mm 时，用 0.6–0.8 mm 节距。1–2 m 时，用 1.0–1.5 mm。处理图像前先写下节距。
2
2. 转换为灰度并拉伸色阶先做亮度转换，再设置黑场和白场，使直方图覆盖 0–255。检查中间调未被裁切。
3
3. 降采样到网穴网格用双三次插值重采样到两个轴上的精确网穴数。300 mm 面板、1.0 mm 节距即 300 × 300 个网穴。
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4. 将灰度值映射到网穴深度和宽度白色 = 0.05 mm 深度，黑色 = 0.25–0.30 mm。网穴宽度保持在节距的 40% 到 80% 之间，使壁保持完整。
5
5. 在 CAM 中生成网点几何对每个网穴使用钻孔或型腔循环，或用 V 形雕刻实现渐变深度。按最近邻排序刀路，可将快速移动减少 40–60%。
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6. 选择刀具并设置进给细节距用 30° V 刀、0.2 mm 刀尖；粗加工用 60°、0.5 mm 刀尖。铝：8,000–12,000 rpm，800–1,500 mm/min，每层 0.05 mm。
7
7. 先切试片用相同节距加工 50 × 50 mm 试片。在掠射光下检查并与源图对比，再加工整块面板。

决策表

哪种半色调方法适合你的零件

根据材料、观看距离和计划采用的表面处理选择方法。

方法	适用场景	节距范围	注意事项
V 刀雕刻网点	精细细节、小零件	0.4–0.8 mm	长时间加工中刀尖磨损会改变色调
球头刀凹坑	更柔和的色调渐变	0.8–1.5 mm	需要更深切削才能达到纯黑
平底型腔	阴影均匀，易于检查	1.0–2.0 mm	网穴边界可见台阶
阳极氧化双色	装饰面板、标牌	0.6–1.2 mm	遮蔽精度限制最细网点
喷砂凹槽	大型建筑面板	1.5–3.0 mm	喷砂会使网穴边缘变圆