CNC雕刻機(jī)主要由雕刻機(jī)床、電控柜、控制計算機(jī)、雕刻控制軟件等基本部分組成，而雕刻機(jī)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(jī)構(gòu)。
CNC雕刻系統(tǒng)從功能上看主要由兩個相對獨(dú)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(jī)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(jī)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)。
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(jī)常見的編程軟件有TYPE3、文泰、Cimatron、ARTCAM等［1］，機(jī)床操控系統(tǒng)為NCstudio雕刻機(jī)控制系統(tǒng)。本文以濟(jì)南某數(shù)控設(shè)備公司生產(chǎn)的DL-M25型雕刻機(jī)為例介紹雕刻圖形整理、路徑編程及加工操作方法。
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(jìn)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(diǎn)，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(diǎn)，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。
CNC雕刻是依靠計算機(jī)控制機(jī)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(jī)運(yùn)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(jī)床加工過程中刀具中心的運(yùn)行軌跡線，也是雕刻加工的程序和雕刻機(jī)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(jī)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(jìn)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(jìn)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。
CNC雕刻機(jī)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(jī)按照雕刻軟件計算的刀具路徑，由刀具進(jìn)行切削加工，加工過程自動進(jìn)行，正常加工中無需干預(yù)。雕刻機(jī)控制系統(tǒng)見圖2。
圖2 NCstudio雕刻機(jī)控制系統(tǒng)
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(fèi)材料。若在雕刻機(jī)上加工可以運(yùn)用套裁劃線的方法，先按尺寸做好CAD圖后編程導(dǎo)入，再進(jìn)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(yùn)行的路徑上。若在刀具運(yùn)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(diǎn)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(jī)床，影響機(jī)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。
圖3 木門壓線條加工示意圖
檢查機(jī)床并清理機(jī)床工作臺面，在機(jī)床上正確裝夾木門，安裝刀具，設(shè)置待加工工件的原點(diǎn)。根據(jù)事先設(shè)計并編輯好的加工程序進(jìn)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(diǎn)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(jī)床主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)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(jī)床的參數(shù)設(shè)置為：主軸轉(zhuǎn)速20000r/min，進(jìn)給速度取機(jī)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
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(jī)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(jìn)刀，每次進(jìn)刀不超過10mm。加工時的主軸轉(zhuǎn)速一般為20000r/min，進(jìn)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(jìn)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(jìn)給速度要稍快一些，因為實木層加工時容易，進(jìn)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
檢查機(jī)床并清理機(jī)床工作臺面，在機(jī)床上正確裝夾木門，安裝刀具，設(shè)置加工的工件原點(diǎn)。根據(jù)事先設(shè)計并編輯好的鎖眼加工程序調(diào)試好機(jī)床。在刀具運(yùn)行至既定位置時保持X、Y軸不動，手動操縱使機(jī)床沿Z軸方向運(yùn)動，在木門表面加工出鎖眼。
根據(jù)事先設(shè)計并編輯好的加工程序調(diào)試好機(jī)床。檢查機(jī)床并清理機(jī)床工作臺面，在機(jī)床上正確裝夾木門，安裝刀具，設(shè)置待加工工件的原點(diǎn)。在刀具運(yùn)行至既定位置時保持X、Z軸不動使機(jī)床沿Y軸方向運(yùn)動，在木門邊緣加工出企口。用雕刻機(jī)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(diǎn)。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。
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(jìn)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(jī)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(jìn)行自動加工。
CNC雕刻機(jī)就是具有計算機(jī)數(shù)控功能的鏤銑機(jī)，安裝的刀具和鏤銑機(jī)一樣都是柄銑刀，大部分可以在鏤銑機(jī)上加工的工序都可以用雕刻機(jī)完成。
CNC雕刻機(jī)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(jī)編程中的使用，拓展了雕刻機(jī)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(diǎn)。周景斌，胡波，姚鵬
