基于CNC加工技術的復雜曲線構件加工與試驗
為滿足功能、結構及審美需求，復雜曲線構件得以 廣泛應用|1]。傳統(tǒng)成型方式因設備投人低而成為多數(shù) 加工企業(yè)的******，但加工產(chǎn)品精度差且操作危險系數(shù) 高。隨著現(xiàn)代加工技術的提高，CNC加工中心成為異 型復雜構件加工的******設備叭通過自動控制系統(tǒng)，勻 速進給，使加工產(chǎn)品表面光潔、精度好、效率高。 筆者從傳統(tǒng)加工方式人手,通過對復雜曲線構件 的分析，比較與探討CNC加工技術的優(yōu)勢W，旨在實現(xiàn) 復雜曲線構件的高效與精密加工。同時，以一酒架產(chǎn) 品為例，闡述具體試驗過程。1傳統(tǒng)加工方式人們對家具產(chǎn)品審美通常會以各種曲線形零部件 來表現(xiàn)|4\傳統(tǒng)成型方式多以套裁為主，即將要加工 的異型構件制成模板，并以此為依據(jù)在基材上畫出構 件輪廓，然后用細木工帶鋸機或線鋸機將板件加工成 異型毛料，再經(jīng)過靠模銑型加工成成品。圖1所示為畫 線套裁異型構件加工常見的流程。但在實際生產(chǎn)中上述方法存在以下不足：1)零件 精度差。此問題尤以“銑型”工序突出，究其原因，主要 是零件進給速度不均勻，加工面易出現(xiàn)波紋，且當進給 不連續(xù)時，刀具在問一■接觸點上局速旋轉，將零件表面 “燒黑”，影響加工面質量。2 ) “畫線”工序要求操作員 分辨并去除材料缺陷、如何******化利用基材等。“套 裁”工序要求操作員能將“套裁”余量控制在2mm之內(nèi)。在“銑型”工序中，操作員要注意構件的順恍與逆銑，方 向不對很容易造成構件崩邊，且操作危險系數(shù)高。2 CNC加工技術 CNC加工技術是通過數(shù)字化信號對刀具運動過 程進行控制％通常自帶有一定繪圖功能的軟件系 統(tǒng)，常用的有CAM-Pm軟件。但對復雜圖形進行編輯 時，常需要借助并兼容其他繪圖軟件，如Aoto-CAD、 Rhino 等。圖2為一實木酒架的零部件圖，加工時可將產(chǎn)品分 解為4個部分，并在CAD軟件中進行模擬排產(chǎn)，以便直 觀地了解材料利用率。且運用CNC加工技術能通過一 次運行同時加工多套產(chǎn)品，可以提高生產(chǎn)效率。針對類似圖2中復雜異型曲線構件，CNC加工技 術具有很大優(yōu)勢。運用計算機控制切削量及切削速 度，保證切削面平整、光滑。 但在實際制作過程中可以進行如下技術處理：1 ) 圖3為某產(chǎn)品構件一“內(nèi)直角”轉角處，由于銑刀旋轉， 此處會被加工成圓角（圖中未被加工部分)而影響裝 配。經(jīng)多次實踐，構件外輪廓切割前，在轉角處執(zhí)行一 條鉆孔指令，可有效避免“內(nèi)圓角”缺陷。2 )刀具路徑 優(yōu)化與控制。CNC加工技術對構件輪廓加工應遵循“外 周逆時針”，“內(nèi)壁順時針”銑削原則。錯誤的銑削順序 會使構件切削面出現(xiàn)“毛刺”。且當多個構件一起加工時要減少主軸的空駛路徑，以達到生產(chǎn)效率******化目 的，即保證第一個構件加工的最終位置離下一構件加 工的開始位置距離最短。因此，在制定加工方案時，不 能簡單依靠軟件生成刀具路徑，而往往要根據(jù)實際加 工方案進行優(yōu)化。3)小零件加工。小零件如何固定 為CNC加工中的主要問題。以真空吸附型CNC加工中 心為例，小零件在加工中會受到刀具的巨大切削力。 當構件與臺面接觸面積過小時，零件會發(fā)生移位，導致 零件及刀具的損壞。如以案例中零件4為例，將多個零件4編輯成圖4形 式,原因是將多個小零件聯(lián)排可以有效提高臺面對構 件的吸附力，保證正常加工。在其外形切割完成后，只 需進行分解，便可得到多個零件4。其中兩構件間距w 應視銑刀直徑而定，值過大則浪費材料，而過小則會損 壞構件。3基于CNC技術的異型構件加工試驗3.1試驗材料與設備試驗材料:砂紙、〇.5mm7jC曲柳覆面18mm厚多層膠 合板，板材厚度約19mm，幅面尺寸為2 440mm x 1220mm;試驗設備:恩德OWEN48加工中心，零件采用真空吸附 固定;軟件系統(tǒng):Aoto CAD、CAM-Pro;加工刀具:川木 直刀，切削直徑奶mm、08mm。3.2試驗方案該案例產(chǎn)品各零件采用卡口接合自鎖式裝配，對 零件加工精度要求高，尤其是卡槽處。因此，該案例將 采用CNC加工中心對其進行加工。但需注意:漆膜厚 度對卡槽間裝配有影響。案例中4種零件卡槽寬度均 需進行重新編輯，即在原寬度基礎上加寬0.1mm以保 證裝配。3.3試驗步驟 3.3.1分析與設計圖紙設計圖紙并不能立即應用于CAM-Pro進行刀具路 基于CNC加工技術的復雜曲線構件加工與試驗——陳新義劉文金徑的編輯，而常會依據(jù)實際需求在CAD或Rhinn中進行 再編輯。案例中，依實際需求，在各零件“內(nèi)直角”處編 輯預鉆孔位置，并對卡槽寬度進行再編輯，全部加寬0. 1mm3零件長度方向應與基材木紋方向一致。編輯 文件以(W格式保存?zhèn)溆谩?.3.2生成刀具路徑、編輯加工參數(shù)CNC加工技術是通過計算機控制機床執(zhí)行，靠參 數(shù)化傳輸指令。1)選取刀具、編輯加工參數(shù)。將備 用rlxdt件導人CAM-Pro軟件，檢查圖形是否為封閉回 路。若構件輪廓線未能形成封閉回路，則需重新導人 CAD或Rhino軟件中進行再編輯，直至形成封閉回路 為止。案例選取刀具分2個步驟:步驟一，選取<?5mm 直刀對各零件中“內(nèi)直角”位置進行孔加工,加工深 度19mm;步驟二，選取少8mm直刀加工各零件內(nèi)、外輪 廓。由于刀具切削深度達19mm，如只進行1次切割，刀 具前進中會受到巨大阻力。為降低加工中斷刀概率， 故切割分2次進行，即每次切削深度為9.5mm。如圖5 所示，選取加工刀具及編輯加工參數(shù)。切削進給速度 則根據(jù)基材硬度判定，如基材硬則應適當放慢進給速 度，反之則加快進給速度。2)編輯與優(yōu)化刀具路徑。 選取好加工刀具及加工參數(shù)，便可進行加工路徑編輯。 切削方向按照“外沿逆時針、內(nèi)壁順時針”原則，如圖6 所示。CAM-Pro軟件根據(jù)加工刀具方向自動生成的刀 具路徑往往需要經(jīng)過優(yōu)化才能達到加工效率******化, 即減少機器運行中刀具的空駛路徑。圖7為優(yōu)化后加 工刀具加工順序:鉆孔(Y處）一拉手孔(L處）一零件 外輪廓一分解得到零件4。零件1上拉手孔加工順序應 緊隨鉆孔工序之后，這是因為當零件1從基材上切割下 來后，其真空吸附面積急劇減小，為防止加工拉手孔過程中因吸附力不足造成構件損壞，故應在鉆孔工序完成 之后立即加工拉手孔。3)生成NC代碼、加工零件。各 刀具路徑以及參數(shù)調(diào)整完成，可在軟件中對加工過程 進行模擬，待準確無誤后輸出NC代碼,而后便可開機 加工。CNC加工中心開始自動加工前由操作人員加 載加工程序(將NC代碼指定給CNC加工中心）、選擇裝 卸刀具、裝夾加工材料1^。布置以及固定好加工材料 后，先對加工程序以及材料的定位進行檢查，即將安全 高度調(diào)整到加工深度以外的距離，保證對材料不造 成影響。確認程序以及材料定位無誤，進行實際的 加工生產(chǎn)。3.3.3裝配將各部件從臺面上取出，用砂紙將其邊部毛刺打 磨去除，而后進行涂飾。待漆膜干燥完畢后便可進行 裝配。如圖8所示，酒架成品。4結論CNC加工技術因加工精度及效率高而受到青睞,其能無限復制加工精度且保持同一精度的特征更是統(tǒng)工藝無法比擬的。筆者以一卡槽接合自鎖式酒架的加工試制，探討與分析CMC加工技術對于復雜曲線構件的加工優(yōu)勢，并闡述了具體試制過程，旨在為此類復雜曲線構件加工提供參考。