五軸數(shù)控加工中心在木制品與家具生產(chǎn)中的應用

五軸數(shù)控加工中心在木制品與家具生產(chǎn)中的應用

1前言從20世紀中葉數(shù)控技術出現(xiàn)以來，數(shù)控機床給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控加工具有如下特點：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動強度、改善勞動條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟效益的提高。數(shù)控機床是一種高度機電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件，結構較復雜、精度要求較高的零件，需要頻繁改型的零件，價格昂貴不允許報廢的關鍵零件，要求精密復制的零件，需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求100％檢驗的零件。數(shù)控機床以其卓越的柔性自動化的性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，它開創(chuàng)了機械產(chǎn)品向機電一體化發(fā)展的先河。因此，數(shù)控技術成為先進制造技術中的一項核心技術。數(shù)控機床的特點及其應用范圍使其成為國民經(jīng)濟和國防建設發(fā)展的重要裝備。近年來，中國家具及木工機械產(chǎn)業(yè)取得了快速的發(fā)展，但在中高端產(chǎn)品領域，國產(chǎn)設備就其品種、質(zhì)量、可靠性、交貨期以及售前售后服務等方面仍相對滯后，尚無法滿足巨大的市場需求。目前，我國正處在以高新技術和先進適用技術來改造和提升家具這一傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，以信息化建設提升我國家具制造業(yè)競爭力的關鍵歷史時期，作為制造、裝備信息化的典型關鍵技術，開展中高端家具及木制品加工設備的應用研究具有重要意義。2基本概況數(shù)控機床是技術密集型及自動化程度高的機電一體化設備。數(shù)控加工與通用機床加工在方法和內(nèi)容上有相似之處，不同之處主要表現(xiàn)在控制方式上。通用機床加工時，其加工步驟、機床運動次序、走刀路線及相關切削用量的選擇，都是由操作者依據(jù)個人的經(jīng)驗和工藝規(guī)程來考慮和確定，并用手工操作的方式控制。而用數(shù)控機床加工時，就要預先將各種操作內(nèi)容和機床動作，按規(guī)定的數(shù)碼形式編排成程序記錄在控制介質(zhì)上，實現(xiàn)人與機床的聯(lián)系。加工時，將控制介質(zhì)上的數(shù)碼信息輸入數(shù)控機床的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)對輸入的信息進行運算與控制。由傳動機構驅(qū)動機床按所編程序進行運動，可以自動加工出所需要的工件形狀。五軸數(shù)控加工中心是在X、Y、Z正交的三軸驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)，另外加裝雙軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)口和f軸，一般情況下B和C分別是圍繞X和Y軸進行旋轉(zhuǎn)。其中X、Y、Z坐標決定刀具位置，B和C軸旋轉(zhuǎn)坐標決定刀具方向。木材五軸數(shù)控加工中心都采用了全數(shù)字化控制，后置程序為標準的國際代碼。軟件操作系統(tǒng)一般依據(jù)Windows平臺。作為以加工實木為主的應用機型，實木五軸數(shù)控加工中心能對木制零部件進行銑型、開槽、鉆孔、榫頭及榫眼、曲面輪廓銑削、雕刻等加工，和常規(guī)加工方式相比，其主要優(yōu)點在于：(1)自動化程度高，一次裝夾，即能完成對工件的大部分或全部切削加工，保證了工件的加工精度，提高加工效率。(2)加工零件的一致性好、質(zhì)量穩(wěn)定，由于數(shù)控機床的定位精度和重復定位精度高，所以很容易保證零件尺寸的一致性，大大減少了人為失誤。(3)對加工零件的適應性強，柔性高，靈活性好。數(shù)控機床可以縮短產(chǎn)品的研制周期，給新產(chǎn)品開發(fā)、快速適應市場的需求變化提供了便利條件。由于在家具及木制品行業(yè)，常規(guī)制造技術已日趨成熟，作為集高技術含量和高附加值于一身的尖端設備，五軸數(shù)控加工中心已成為國際上眾多家具及木工機械制造企業(yè)的競爭領域。目前，實木五軸數(shù)控加工中心技術主要掌握在以日本、德國、意大利和美國等為代表的工業(yè)發(fā)達國家。在種類繁多的機型中，應用范圍的側重有所不同。不少機型主要以板式構件加工為主，而有些機型則主要應用于建筑木構件的加工。值得關注的是，意大利的多家企業(yè)多年專注實木座椅加工設備的制造，已成為木制座椅零件及類似零件的實木構件五軸數(shù)控加工中心的專業(yè)制造商。3基本應用

圖1木材五軸數(shù)控加工中心的基本應用流程木材五軸數(shù)控加工中心的基本應用流程如圖1所示。首先，根據(jù)產(chǎn)品零件的結構和尺寸，運用CAD軟件繪制產(chǎn)品三維模型。第二，運用CAM軟件對模型進行數(shù)控編程，主要包括選擇刀具、加工方式和刀具路徑，著重要考慮的是零件的裝夾與定位。由于絕大多數(shù)CAM軟件包中均含有CAD功能，所以上述步驟也可直接在一體化的CAD/CAM軟件包中進行。在此過程中還需通過CAM軟件生成標準數(shù)控代碼。第三，通過該加工中心配置的反證軟件對CAM軟件輸出的標準NC代碼進行后置處理，設定實際加工刀具參數(shù)(刀長、刀徑)和加工原點坐標等，并進行計算機模擬仿真和安全確認，防止刀具、零件、工作臺之間發(fā)生干涉。在安全確