CNC雕刻機及其在木門生產中的應用

知識 09-14

CNC雕刻技術是傳統雕刻技術和現代數控技術結合的產物。CNC雕刻機集計算機輔助設計（CAD）技術、計算機輔助製造（CAM）技術、數控（NC）技術、精密製造技術於一體，是一種新型獨特和先進的數控加工機床。與傳統數控設備相比，雕刻機具有轉速高、加工軟質材料效率高、表面質量好、性價比高等優點。而CNC技術的出現使刀具的走刀可以通過計算機控制，使木製品的曲線、雕花、鑽孔、刻槽等複雜工藝實現了機械化和自動化。本文結合實木複合門的製作，對CNC雕刻機在木門生產中的應用加以介紹。

1 CNC雕刻機的結構

CNC雕刻機主要由雕刻機床、電控櫃、控制計算機、雕刻控制軟體等基本部分組成，而雕刻機床又由工作台底座、固定工作台、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，以此構成三坐標三軸聯動機構。

CNC雕刻系統從功能上看主要由兩個相對獨立的部分組成。

雕刻CAD/CAM軟體：其用於雕刻產品的圖文設計、形體造型以及計算雕刻產品的加工路徑數據，輸出可由CNC雕刻機識別、解釋並最終完成產品雕刻加工的NC代碼。

CNC雕刻設備：即雕刻機床，其是CNC雕刻的具體實現部分，可以解釋由雕刻CAD/CAM軟體輸出的NC加工代碼，執行加工代碼所描述的各種複雜加工動作，完成雕刻生產任務。

2 雕刻圖形整理、路徑編程及加工操作方法

雕刻圖形設計常用的軟體是CAD圖形輔助設計軟體，CNC雕刻機常見的編程軟體有TYPE3、文泰、Cimatron、ARTCAM等［1］，機床操控系統為NCstudio雕刻機控制系統。本文以濟南某數控設備公司生產的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 分析整理設計圖紙，確定加工工藝

首先應認真研究CAD設計圖紙，根據加工的具體要求，分析所要加工的零部件中哪些部分要進行雕刻加工，屬於陰雕還是陽雕，並在原設計圖紙的基礎上刪減或繪製出準確的走刀路徑。在整理CAD圖紙時要注意CAD圖形中不能有多餘的線條及點，如果有應刪除或重新編輯，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為整體的圖形，以便在文泰編程軟體中編輯刀具走刀路徑。若在整理過的CAD圖形中有多餘的線或點，在用文泰編程軟體編程時則易出現錯編，致使路徑跑偏或重複，造成加工錯誤。

2.2 編輯雕刻用的加工刀具、加工參數及生成刀具路徑［2］

CNC雕刻是依靠計算機控制機床的執行部件工作來完成的，靠數值化的加工指令來控制。即操作員利用V8文泰雕刻設計軟體，將形成的工藝規劃和設計圖按照雕刻加工的要求，繪製出準確的雕刻加工數據圖形。該雕刻加工圖形是控制雕刻機運行指令生成的基礎，熟練掌握雕刻軟體的繪圖和編輯命令，是雕刻加工圖形繪製工作順利完成的關鍵。軟體操作界面見圖1。

圖1 文泰雕刻設計軟體操作界面

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，它是由雕刻軟體依據操作人員的工藝規劃和雕刻設計數據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體完成，其關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劃，雕刻軟體按規劃的工藝和雕刻設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：

選擇雕刻加工圖形；

選擇雕刻加工方法，並確定雕刻範圍；

選擇雕刻刀具，並修改計算設置；

選擇雕刻材料，並設置切削用量；

生成雕刻加工參數；

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載入加工程序、選擇裝卸刀具、裝夾加工材料、設定切削參數，其它工作雕刻機按照雕刻軟體計算的刀具路徑，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。雕刻機控制系統見圖2。

圖2 NCstudio雕刻機控制系統

3 CNC雕刻機在實木複合門加工中的應用

3.1 加工木門壓線條

由於很多實木複合門的壓線條為圓弧形或異型，在加工時具有一定的難度，並且浪費材料。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圖後編程導入，再進行加工，既節省材料又方便可行。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刀具與夾具發生碰撞，導致預先設置的工件原點發生偏移，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速高而導致工件崩飛，比較危險且易產生崩茬缺陷。所以在加工前要注意在厚度方向預留一定的加工餘量，保證加工零件與板件連接較多，防止上述情況的出現。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

檢查機床並清理機床工作檯面，在機床上正確裝夾木門，安裝刀具，設置待加工工件的原點。根據事先設計並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計尺寸是否正確，因為工件原點的設置是目測的，加工出的產品與設計尺寸會有一定的誤差。要注意根據木門材料設置加工時的機床主軸轉速和進給速度，以免加工出的產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採用刀具為φ6mm的圓底刀，雕刻深度以3mm為宜。機床的參數設置為：主軸轉速20000r/min，進給速度取機床設定值的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 加工實木複合門內框

實木複合門的結構決定了要先在門上鏤出裝鑲板和玻璃的框架，然後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。在加工時一般採用刀徑為12mm、刃高大於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定值的20%左右，進給速度太慢會導致工件燒焦，太快則會出現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，主軸轉速太快工件會冒煙起火，易引起火災。實木複合門內框加工示意圖見圖5。

圖5 實木複合門內框加工示意圖

3.4 加工鎖眼

檢查機床並清理機床工作檯面，在機床上正確裝夾木門，安裝刀具，設置加工的工件原點。根據事先設計並編輯好的鎖眼加工程序調試好機床。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

根據事先設計並編輯好的加工程序調試好機床。檢查機床並清理機床工作檯面，在機床上正確裝夾木門，安裝刀具，設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點。在加工時由於某些木門有輕微順彎翹曲，所以應注意在裝夾時多用夾具牢固裝夾。