CNC雕刻機及其在木門生產(chǎn)中的應(yīng)用
CNC雕刻技術(shù)是傳統(tǒng)雕刻技術(shù)和現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。CNC雕刻機集計算機輔助設(shè)計（CAD）技術(shù)、計算機輔助制造（CAM）技術(shù)、數(shù)控（NC）技術(shù)、精密制造技術(shù)于一體，是一種新型獨特和先進的數(shù)控加工機床。與傳統(tǒng)數(shù)控設(shè)備相比，雕刻機具有轉(zhuǎn)速高、加工軟質(zhì)材料效率高、表面質(zhì)量好、性價比高等優(yōu)點。而CNC技術(shù)的出現(xiàn)使刀具的走刀可以通過計算機控制，使木制品的曲線、雕花、鉆孔、刻槽等復(fù)雜工藝實現(xiàn)了機械化和自動化。本文結(jié)合實木復(fù)合門的制作，對CNC雕刻機在木門生產(chǎn)中的應(yīng)用加以介紹。
1、 CNC雕刻機的結(jié)構(gòu)
CNC雕刻機主要由雕刻機床、電控柜、控制計算機、雕刻控制軟件等基本部分組成，而雕刻機床又由工作臺底座、固定工作臺、移動龍門架和主軸組成。主軸刻刀在X、Z軸方向移動，龍門架在Y軸方向移動，以此構(gòu)成三坐標(biāo)三軸聯(lián)動機構(gòu)。
CNC雕刻系統(tǒng)從功能上看主要由兩個相對獨立的部分組成。
①雕刻CAD/CAM軟件：其用于雕刻產(chǎn)品的圖文設(shè)計、形體造型以及計算雕刻產(chǎn)品的加工路徑數(shù)據(jù)，輸出可由CNC雕刻機識別、解釋并最終完成產(chǎn)品雕刻加工的NC代碼。
②CNC雕刻設(shè)備：即雕刻機床，其是CNC雕刻的具體實現(xiàn)部分，可以解釋由雕刻CAD/CAM軟件輸出的NC加工代碼，執(zhí)行加工代碼所描述的各種復(fù)雜加工動作，完成雕刻生產(chǎn)任務(wù)。
2 雕刻圖形整理、路徑編程及加工操作方法
雕刻圖形設(shè)計常用的軟件是CAD圖形輔助設(shè)計軟件，CNC雕刻機常見的編程軟件有TYPE3、文泰、Cimatron、ARTCAM等［1］，機床操控系統(tǒng)為NCstudio雕刻機控制系統(tǒng)。本文以濟南某數(shù)控設(shè)備公司生產(chǎn)的DL-M25型雕刻機為例介紹雕刻圖形整理、路徑編程及加工操作方法。
2.1 分析整理設(shè)計圖紙，確定加工工藝
首先應(yīng)認(rèn)真研究CAD設(shè)計圖紙，根據(jù)加工的具體要求，分析所要加工的零部件中哪些部分要進行雕刻加工，屬于陰雕還是陽雕，并在原設(shè)計圖紙的基礎(chǔ)上刪減或繪制出準(zhǔn)確的走刀路徑。在整理CAD圖紙時要注意CAD圖形中不能有多余的線條及點，如果有應(yīng)刪除或重新編輯，最好是把斷線或零散的線編輯為一個整體的多段線，把要加工的平面圖形面域變?yōu)檎w的圖形，以便在文泰編程軟件中編輯刀具走刀路徑。若在整理過的CAD圖形中有多余的線或點，在用文泰編程軟件編程時則易出現(xiàn)錯編，致使路徑跑偏或重復(fù)，造成加工錯誤。
2.2 編輯雕刻用的加工刀具、加工參數(shù)及生成刀具路徑
CNC雕刻是依靠計算機控制機床的執(zhí)行部件工作來完成的，靠數(shù)值化的加工指令來控制。即操作員利用V8文泰雕刻設(shè)計軟件，將形成的工藝規(guī)劃和設(shè)計圖按照雕刻加工的要求，繪制出準(zhǔn)確的雕刻加工數(shù)據(jù)圖形。該雕刻加工圖形是控制雕刻機運行指令生成的基礎(chǔ)，熟練掌握雕刻軟件的繪圖和編輯命令，是雕刻加工圖形繪制工作順利完成的關(guān)鍵。軟件操作界面見圖1。
圖1 文泰雕刻設(shè)計軟件操作界面
刀具路徑就是機床加工過程中刀具中心的運行軌跡線，也是雕刻加工的程序和雕刻機工作的指令，它是由雕刻軟件依據(jù)操作人員的工藝規(guī)劃和雕刻設(shè)計數(shù)據(jù)圖形計算完成用以控制CNC雕刻機在加工過程中如何用刀、確定切削用量和走刀方式的加工程序。
刀具路徑的生成由雕刻軟件完成，其關(guān)鍵是能按照加工圖形、加工材料和加工刀具進行正確的工藝規(guī)劃，雕刻軟件按規(guī)劃的工藝和雕刻設(shè)計圖形進行刀具路徑計算。
生成刀具路徑可分為以下六個步驟：
①選擇雕刻加工圖形；
②選擇雕刻加工方法，并確定雕刻范圍；
③選擇雕刻刀具，并修改計算設(shè)置；
④選擇雕刻材料，并設(shè)置切削用量；
⑤生成雕刻加工參數(shù)；
⑥生成刀具路徑。
2.3 選擇刀具進行雕刻
CNC雕刻機開始自動加工前由操作人員加載加工程序、選擇裝卸刀具、裝夾加工材料、設(shè)定切削參數(shù)，其它工作雕刻機按照雕刻軟件計算的刀具路徑，由刀具進行切削加工，加工過程自動進行，正常加工中無需干預(yù)。雕刻機控制系統(tǒng)見圖2。
圖2 NCstudio雕刻機控制系統(tǒng)
3 CNC雕刻機在實木復(fù)合門加工中的應(yīng)用
3.1 加工木門壓線條
由于很多實木復(fù)合門的壓線條為圓弧形或異型，在加工時具有一定的難度，并且浪費材料。若在雕刻機上加工可以運用套裁劃線的方法，先按尺寸做好CAD圖后編程導(dǎo)入，再進行加工，既節(jié)省材料又方便可行。在加工壓線條時因為工件裝夾一般在邊緣位置，所以要注意測量和計算夾具安裝的位置是否在刀具運行的路徑上。若在刀具運行路徑上則很有可能出現(xiàn)刀具與夾具發(fā)生碰撞，導(dǎo)致預(yù)先設(shè)置的工件原點發(fā)生偏移，致使路徑跑偏，加工出廢品；刀具與夾具的碰撞不僅會使加工出現(xiàn)錯誤，還有可能損壞刀具和機床，影響機床的加工精度；另外，夾具很難固定板件中心的每個加工部分，在加工即將完成時會因零件與板件連接較少，未被有效夾緊且刀具轉(zhuǎn)速高而導(dǎo)致工件崩飛，比較危險且易產(chǎn)生崩茬缺陷。所以在加工前要注意在厚度方向預(yù)留一定的加工余量，保證加工零件與板件連接較多，防止上述情況的出現(xiàn)。木門壓線條加工示意圖見圖3。
3.2 加工木門表面裝飾花紋圖案
圖3 木門壓線條加工示意圖
檢查機床并清理機床工作臺面，在機床上正確裝夾木門，安裝刀具，設(shè)置待加工工件的原點。根據(jù)事先設(shè)計并編輯好的加工程序進行自動加工，加工時要注意雕刻的尺寸與設(shè)計尺寸是否正確，因為工件原點的設(shè)置是目測的，加工出的產(chǎn)品與設(shè)計尺寸會有一定的誤差。要注意根據(jù)木門材料設(shè)置加工時的機床主軸轉(zhuǎn)速和進給速度，以免加工出的產(chǎn)品不能保證精度及表面粗糙度。這種木門表面加工的線形裝飾圖案一般采用刀具為φ6mm的圓底刀，雕刻深度以3mm為宜。機床的參數(shù)設(shè)置為：主軸轉(zhuǎn)速20000r/min，進給速度取機床設(shè)定值的20%~30%為宜。木門表面雕花加工示意圖見圖4。
圖4 木門表面雕花加工示意圖
3.3 加工實木復(fù)合門內(nèi)框
實木復(fù)合門的結(jié)構(gòu)決定了要先在門上鏤出裝鑲板和玻璃的框架，然后釘壓線條裝鑲板和玻璃。鑲板門和鑲玻璃門需要較高的加工精度，使用雕刻機可以保證其加工精度。在加工時一般采用刀徑為12mm、刃高大于40mm的直刀加工，分步進刀，每次進刀不超過10mm。加工時的主軸轉(zhuǎn)速一般為20000r/min，進給速度一般按照木材的硬度和刀具的鋒利程度選擇設(shè)定值的20%左右，進給速度太慢會導(dǎo)致工件燒焦，太快則會出現(xiàn)波痕影響表面粗糙度。一般在實木層加工時進給速度要稍快一些，因為實木層加工時容易，進給速度太慢，主軸轉(zhuǎn)速太快工件會冒煙起火，易引起火災(zāi)。實木復(fù)合門內(nèi)框加工示意圖見圖5。
圖5 實木復(fù)合門內(nèi)框加工示意圖
3.4 加工鎖眼
檢查機床并清理機床工作臺面，在機床上正確裝夾木門，安裝刀具，設(shè)置加工的工件原點。根據(jù)事先設(shè)計并編輯好的鎖眼加工程序調(diào)試好機床。在刀具運行至既定位置時保持X、Y軸不動，手動操縱使機床沿Z軸方向運動，在木門表面加工出鎖眼。
3.5 加工對開門或子母門的企口
根據(jù)事先設(shè)計并編輯好的加工程序調(diào)試好機床。檢查機床并清理機床工作臺面，在機床上正確裝夾木門，安裝刀具，設(shè)置待加工工件的原點。在刀具運行至既定位置時保持X、Z軸不動使機床沿Y軸方向運動，在木門邊緣加工出企口。用雕刻機加工木門企口時可精確至0.01mm，加工成形的企口具有精度高、加工表面光滑平整等優(yōu)點。在加工時由于某些木門有輕微順彎翹曲，所以應(yīng)注意在裝夾時多用夾具牢固裝夾。
3.6 加工圓弧或異型件的模板
在木門加工中有很多鑲板都是圓弧形或是異型的，在立銑床上加工時難度非常大并且比較危險，需要做出模板，裝夾之后進行靠模銑。而圓弧件和異型件模板的精度要求非常高并且比較難加工，用雕刻機加工會使這一加工變的非常簡便，只需在CAD中設(shè)計好準(zhǔn)確的圖紙并編程導(dǎo)入即可進行自動加工。
3.7 其他用途
CNC雕刻機就是具有計算機數(shù)控功能的鏤銑機，安裝的刀具和鏤銑機一樣都是柄銑刀，大部分可以在鏤銑機上加工的工序都可以用雕刻機完成。
4 結(jié)束語
CNC雕刻機是一種自動化程度很高、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛的數(shù)控加工設(shè)備。通過文泰雕刻設(shè)計軟件在雕刻機編程中的使用，拓展了雕刻機在實木復(fù)合門加工中的應(yīng)用功能，使得木門表面裝飾多樣化，加工復(fù)雜工藝簡單化。其具有加工精度、表面粗糙度精度及加工效率高等優(yōu)點。
文章來源：網(wǎng)絡(luò)
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