木工数控雕刻工艺研究

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摘 要：为优化现有木材加工行业的数控雕刻工艺，提高加工效率。采用了对比实验法，对行业内现有工艺进行改进，创新性地采用分段进给速率加工工艺，明显地提高了产品的品质，缩短产品的单位加工时间。也为行业内人士总结了相关生产实践经验。

关键词：木工数控雕刻；工艺研究；分段进给速率加工工艺；实践经验

中图分类号：TS65 文献标识码：A当下的时代是物质日益丰富的时代，人们对生活品质的追求也达到了一个新阶段。原来被人们认为是奢侈品的古典艺术家居饰品，也逐步广泛进入寻常百姓的家中。尤其是2013年以来，古典艺术家居饰品的市场呈现供需两旺的良好势头；同时，市场也对生产企业的生产能力提出了更高的要求，使得企业生产模式向智能化，规模化，专业化的模式转型。这就必然引起生产企业在设备选用，技术规范，管理运行模式等方面都发生全新的变革。比如：由于数控加工技术的进步，数控木工雕刻机被逐步大量运用到木制品生产中，从而改变了传统手工雕刻的主导地位，也大大提高了生产效率；并且，也对生产企业的技术人才要求发生变化，具有智能化技术应用型人才成为新宠。局势发展至今，数控木工雕刻机的生产产品可以达到几乎完全一样的效果，而手工雕刻不会达到雕刻效果的几乎一模一样，只能达到最大程度地相似。但是目前许多木材加工企业的数控雕刻加工领域管理还处于发展初期，管理比较粗放，在实际生产效率和精度仍有大幅提高的空间。本文主要研究通过工艺实验研究能把单台设备的加工效率再次有所提高，并为行业内人士提供相关生产实践经验。

1. 木工数控雕刻在木材加工行业应用存在的问题与困境

1.1 企业的管理层自身认识有误区

数控木工雕刻机对于许多公司的高层管理者来说对是新事物，所以会存在错误的认识，在日常的使用过程中很容易出现各种问题：加工质量低下，效率不高，浪费能源的现象存在，管理者看见了却不知道浪费的存在。

1.2 企业技术人员水平不足

1.2.1 设计人员对图形的矢量化精度不高导致加工效率不够高

国内高科技的普及型数控木工雕刻机设备进入了家具制造行业已经是日新月异。但是设备的发展远远比人才的成长要快得多，设备使用类型多了，可真正精干的雕刻机操作员却少之又少。对于雕刻设计，图形的轮廓的矢量化处理会影响雕刻效果和加工效率。比如有些雕刻区域的没有形成封闭的矢量，会影响浮雕的生成。如果有些矢量形成交叉点，导致算法无法优化，造成不必要的抬刀次数增多，影响雕刻效率。

1.2.2 设计人员对刀具路径优化处理能力较弱

一些企业由于缺乏专业的数控技工或者现有的技术人员没有及时更新技术培训，在雕刻设计时常常出现一些不必要的错误。比如对于浮雕雕刻刀路生成时，没有考虑刀具会不会有干涉问题；有的是用了太多短线加工代替了圆弧加工，导致生成的加工程序太过庞大。诸如这些问题，都是因为这些企业急于上马新的数控加工项目，而配套的技术准备没有跟上造成的。

2. 基于JDpaint软件和三维立体浮雕雕刻机的浮雕的工效对比实验

2.1 实验目的：通过实验探寻更高效的木工数控雕刻工艺。

2.2 实验方法：对比实验法。

2.3 实验设备及工具材料简介

设备：三维立体浮雕雕刻机型号MXK5826Y；其他配套普通木材加工设备如，锯机，刨床，砂磨机等。工具：微型电动雕刻笔，手动抛光机。材料：楠木，抛光蜡。实验场地：福建林业职业技术学院木材加工生产性实训基地。

2.4 实验内容：雕刻镇纸样品

2.4.1 确定工艺：模拟福建华闽古典艺术家具有限公司的雕刻工艺和数控参数（下文简称工艺A）。

2.4.2 实验准备

2.4.3 毛坯下料

本次实验采用外购的楠木干燥小方材，长1210mm宽40mm厚35mm，经过小带锯截断成为长305mm宽40mm厚35mm的实验用材毛料，在经过平刨把毛料刨削成平整的坯料。

2.4.4 数控雕刻加工实验过程：

（1）首先使用北京精雕JDpaint软件制作镇纸浮雕；

（2）生成NC程序；

（3）在数控机床上加工样品。

将NC文件用U盘输入三维立体浮雕雕刻机中，设置机床的参数为：进给速度1200mm/轴转速8000r/min，下刀深度为2mm，经过工件的安装，定位，对刀，雕刻加工，清理毛刺，打蜡等工序后加工得到12付以下样品。

2.5 阶段实验小结

模拟企业的各种工艺和参数（下文简称工艺A），雕刻制作的镇纸作品长305mm宽40mm厚28mm雕刻深度2mm；整个雕刻加工用时4小时零8分，精度达到企业的正常标准。

2.6 实验改进措施设计：

改进措施理论分析：影响数控雕刻加工效率的两个重要参数是主轴转速和伺服系统的进给速率，后续的实验将计划从这两方面入手。

工艺A的样品A存在以下可以提升的方面：镇纸徽标和小龙部分需要精细雕刻，而“业精德厚”的文字部分所需的精度可以不必太高，所以可以设计同一工件不同部位采用不同进给速度不同刀具转速分段加工采用。既可以提高局部雕刻精度，又可以提高雕刻整体加工效率。

2.7 进行工艺B加工实验

对加工得到的样品A进行分析研究，调整工艺方法，形成新的工艺。在备料、装夹、刀具等加工条件都不变的条件下，仅对原有加工程序进行手工修改：在进行雕刻镇纸徽标和小龙部分时进给速度改为F600，主轴转速不变，在雕刻“业精德厚”和空白部分时进给速度改为F2800，主轴转速提高一倍达到16000r/min。这样形成的工艺方案下文简称工艺B。这种加工方式可以简称为“分段进给速率加工工艺”。修改后的NC文件（加工程序）输入机床，进行加工后得到如下一批样品B。

2.8 改进后实验结果分析：修改工艺和参数后得到的样品B比样品A的雕刻加工用时少1小时零53分比，精度也比华闽公司的正常标准要好一些。

2.9 实验小结

雕刻程序设计前先要结合产品的品质需求，分析出产品哪些部分需要精细雕刻，哪些部分所需的精度可以不必太高，在程序设计时同一工件不同部位采用不同进给速度，不同刀具转速分段加工采用。这样既可以提高局部雕刻精度，又可以提高雕刻整体加工效率。利用“分段进给速率加工工艺”陆续开展实验加工以下作品加以验证。

2.10 实验结论用于小批量试生产

运用上述“分段进给速率加工工艺”思路设计了一组与华闽公司部件造型相同的楠木屏风嵌板浮雕件和非洲花梨罗汉床围嵌板件的加工程序，并且把实验结论用于小批量试生产。

2.11 实验小结

雕刻程序设计前先要结合产品的品质需求，分析出产品哪些部分需要精细雕刻，哪些部分所需的精度可以不必太高，在程序设计时同一工件不同部位采用不同进给速度，不同刀具转速分段加工采用。这样既可以提高局部雕刻精度又可以提高雕刻整体速度。这种加工方式可以简称为“分段进给速率加工工艺”。通过多次实验证明，这种“分段进给速率加工工艺”思路对于提高企业加工效率具有重要作用。

结论

根据实验和生产实践得出结论：在同样的生产条件下，对于木工雕刻机来说，工件的进给速度和主轴刀具的运转速度是至关重要的影响因子。工艺设计时，可以设计同一工件不同部位采用不同进给速度不同刀具转速分段加工（即分段进给速率加工工艺），可以提高雕刻整体加工效率。

在实验中还总结出了以下实践经验：雕刻刀具磨损的判断非常重要，具体方法如下：通过工件的加工表面中来判断刀具的磨损情况，如果加工参数，切削用量等设置均合理，工件已加工的表面不如先前的平滑，此时可以确定刀具达到了非正常磨损状态，需要更换刀具；另一种实践经验是：刀具是否磨损，磨损量的大小，最常用的判断方法是听声音，如果切削声音非正常尖叫刺耳，说明刀具的加工状态已经不正常，此时可进行综合分析，如果不是刀具本身质量问题，刀具装夹也没问题，用刀参数正常，这时候应该可以判断是刀具磨损了，必须更换刀具；对于磨损严重的刀具必须及时更换，不然严重影响雕刻质量度，也能对数控雕刻机本身照成损害，也造成加工效率低下。

参考文献

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