CNC雕刻机及其在木门生产中的应用

寡情

CNC雕刻技术是传统雕刻技术和现代数控技术结合的产物。CNC雕刻机集计算机辅助设计（CAD）技术、计算机辅助制造（CAM）技术、数控（NC）技术、精密制造技术于一体，是一种新型独特和先进的数控加工机床。与传统数控设备相比，雕刻机具有转速高、加工软质材料效率高、表面质量好、性价比高等优点。而CNC技术的出现使刀具的走刀可以通过计算机控制，使木制品的曲线、雕花、钻孔、刻槽等复杂工艺实现了机械化和自动化。本文结合实木复合门的制作，对CNC雕刻机在木门生产中的应用加以介绍。

  
  1 CNC雕刻机的结构
  CNC雕刻机主要由雕刻机床、电控柜、控制计算机、雕刻控制软件等基本部分组成，而雕刻机床又由工作台底座、固定工作台、移动龙门架和主轴组成。主轴刻刀在X、Z轴方向移动，龙门架在Y轴方向移动，以此构成三坐标三轴联动机构。
  CNC雕刻系统从功能上看主要由两个相对独立的部分组成。
  ①雕刻CAD/CAM软件：其用于雕刻产品的图文设计、形体造型以及计算雕刻产品的加工路径数据，输出可由CNC雕刻机识别、解释并最终完成产品雕刻加工的NC代码。
  ②CNC雕刻设备：即雕刻机床，其是CNC雕刻的具体实现部分，可以解释由雕刻CAD/CAM软件输出的NC加工代码，执行加工代码所描述的各种复杂加工动作，完成雕刻生产任务。

  
   
  2 雕刻图形整理、路径编程及加工操作方法
  雕刻图形设计常用的软件是CAD图形辅助设计软件，CNC雕刻机常见的编程软件有TYPE3、文泰、Cimatron、ARTCAM等［1］，机床操控系统为NCstudio雕刻机控制系统。本文以济南某数控设备公司生产的DL-M25型雕刻机为例介绍雕刻图形整理、路径编程及加工操作方法。
  2.1 分析整理设计图纸，确定加工工艺
  首先应认真研究CAD设计图纸，根据加工的具体要求，分析所要加工的零部件中哪些部分要进行雕刻加工，属于阴雕还是阳雕，并在原设计图纸的基础上删减或绘制出准确的走刀路径。在整理CAD图纸时要注意CAD图形中不能有多余的线条及点，如果有应删除或重新编辑，最好是把断线或零散的线编辑为一个整体的多段线，把要加工的平面图形面域变为整体的图形，以便在文泰编程软件中编辑刀具走刀路径。若在整理过的CAD图形中有多余的线或点，在用文泰编程软件编程时则易出现错编，致使路径跑偏或重复，造成加工错误。
  2.2 编辑雕刻用的加工刀具、加工参数及生成刀具路径［2］
  CNC雕刻是依靠计算机控制机床的执行部件工作来完成的，靠数值化的加工指令来控制。即操作员利用V8文泰雕刻设计软件，将形成的工艺规划和设计图按照雕刻加工的要求，绘制出准确的雕刻加工数据图形。该雕刻加工图形是控制雕刻机运行指令生成的基础，熟练掌握雕刻软件的绘图和编辑命令，是雕刻加工图形绘制工作顺利完成的关键。软件操作界面见图1。

  
  图1 文泰雕刻设计软件操作界面
   
  刀具路径就是机床加工过程中刀具中心的运行轨迹线，也是雕刻加工的程序和雕刻机工作的指令，它是由雕刻软件依据操作人员的工艺规划和雕刻设计数据图形计算完成用以控制CNC雕刻机在加工过程中如何用刀、确定切削用量和走刀方式的加工程序。
  刀具路径的生成由雕刻软件完成，其关键是能按照加工图形、加工材料和加工刀具进行正确的工艺规划，雕刻软件按规划的工艺和雕刻设计图形进行刀具路径计算。
  生成刀具路径可分为以下六个步骤：
  ①选择雕刻加工图形；
  ②选择雕刻加工方法，并确定雕刻范围；
  ③选择雕刻刀具，并修改计算设置；
  ④选择雕刻材料，并设置切削用量；
  ⑤生成雕刻加工参数；
  ⑥生成刀具路径。
  2.3 选择刀具进行雕刻
  CNC雕刻机开始自动加工前由操作人员加载加工程序、选择装卸刀具、装夹加工材料、设定切削参数，其它工作雕刻机按照雕刻软件计算的刀具路径，由刀具进行切削加工，加工过程自动进行，正常加工中无需干预。雕刻机控制系统见图2。

  
  图2 NCstudio雕刻机控制系统
   
  3 CNC雕刻机在实木复合门加工中的应用
  3.1 加工木门压线条
  由于很多实木复合门的压线条为圆弧形或异型，在加工时具有一定的难度，并且浪费材料。若在雕刻机上加工可以运用套裁划线的方法，先按尺寸做好CAD图后编程导入，再进行加工，既节省材料又方便可行。在加工压线条时因为工件装夹一般在边缘位置，所以要注意测量和计算夹具安装的位置是否在刀具运行的路径上。若在刀具运行路径上则很有可能出现刀具与夹具发生碰撞，导致预先设置的工件原点发生偏移，致使路径跑偏，加工出废品；刀具与夹具的碰撞不仅会使加工出现错误，还有可能损坏刀具和机床，影响机床的加工精度；另外，夹具很难固定板件中心的每个加工部分，在加工即将完成时会因零件与板件连接较少，未被有效夹紧且刀具转速高而导致工件崩飞，比较危险且易产生崩茬缺陷。所以在加工前要注意在厚度方向预留一定的加工余量，保证加工零件与板件连接较多，防止上述情况的出现。木门压线条加工示意图见图3。
  3.2 加工木门表面装饰花纹图案

  
  图3 木门压线条加工示意图
   
  检查机床并清理机床工作台面，在机床上正确装夹木门，安装刀具，设置待加工工件的原点。根据事先设计并编辑好的加工程序进行自动加工，加工时要注意雕刻的尺寸与设计尺寸是否正确，因为工件原点的设置是目测的，加工出的产品与设计尺寸会有一定的误差。要注意根据木门材料设置加工时的机床主轴转速和进给速度，以免加工出的产品不能保证精度及表面粗糙度。这种木门表面加工的线形装饰图案一般采用刀具为φ6mm的圆底刀，雕刻深度以3mm为宜。机床的参数设置为：主轴转速20000r/min，进给速度取机床设定值的20%~30%为宜。木门表面雕花加工示意图见图4。

  
  图4 木门表面雕花加工示意图
   
  3.3 加工实木复合门内框
  实木复合门的结构决定了要先在门上镂出装镶板和玻璃的框架，然后钉压线条装镶板和玻璃。镶板门和镶玻璃门需要较高的加工精度，使用雕刻机可以保证其加工精度。在加工时一般采用刀径为12mm、刃高大于40mm的直刀加工，分步进刀，每次进刀不超过10mm。加工时的主轴转速一般为20000r/min，进给速度一般按照木材的硬度和刀具的锋利程度选择设定值的20%左右，进给速度太慢会导致工件烧焦，太快则会出现波痕影响表面粗糙度。一般在实木层加工时进给速度要稍快一些，因为实木层加工时容易，进给速度太慢，主轴转速太快工件会冒烟起火，易引起火灾。实木复合门内框加工示意图见图5。

  
  图5 实木复合门内框加工示意图
   
  3.4 加工锁眼
  检查机床并清理机床工作台面，在机床上正确装夹木门，安装刀具，设置加工的工件原点。根据事先设计并编辑好的锁眼加工程序调试好机床。在刀具运行至既定位置时保持X、Y轴不动，手动操纵使机床沿Z轴方向运动，在木门表面加工出锁眼。
  3.5 加工对开门或子母门的企口
  根据事先设计并编辑好的加工程序调试好机床。检查机床并清理机床工作台面，在机床上正确装夹木门，安装刀具，设置待加工工件的原点。在刀具运行至既定位置时保持X、Z轴不动使机床沿Y轴方向运动，在木门边缘加工出企口。用雕刻机加工木门企口时可精确至0.01mm，加工成形的企口具有精度高、加工表面光滑平整等优点。在加工时由于某些木门有轻微顺弯翘曲，所以应注意在装夹时多用夹具牢固装夹。
  3.6 加工圆弧或异型件的模板
  在木门加工中有很多镶板都是圆弧形或是异型的，在立铣床上加工时难度非常大并且比较危险，需要做出模板，装夹之后进行靠模铣。而圆弧件和异型件模板的精度要求非常高并且比较难加工，用雕刻机加工会使这一加工变的非常简便，只需在CAD中设计好准确的图纸并编程导入即可进行自动加工。
  3.7 其他用途
  CNC雕刻机就是具有计算机数控功能的镂铣机，安装的刀具和镂铣机一样都是柄铣刀，大部分可以在镂铣机上加工的工序都可以用雕刻机完成。
  4 结束语
  CNC雕刻机是一种自动化程度很高、应用领域广泛的数控加工设备。通过文泰雕刻设计软件在雕刻机编程中的使用，拓展了雕刻机在实木复合门加工中的应用功能，使得木门表面装饰多样化，加工复杂工艺简单化。其具有加工精度、表面粗糙度精度及加工效率高等优点。