基于CNC加工技術(shù)的復(fù)雜曲線構(gòu)件加工與試驗
為滿足功能、結(jié)構(gòu)及審美需求，復(fù)雜曲線構(gòu)件得以 廣泛應(yīng)用|1]。傳統(tǒng)成型方式因設(shè)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(shù)的提高，CNC加工中心成為異 型復(fù)雜構(gòu)件加工的******設(shè)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(fù)雜曲線構(gòu)件 的分析，比較與探討CNC加工技術(shù)的優(yōu)勢W,，旨在實現(xiàn) 復(fù)雜曲線構(gòu)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(gòu)件制成模板,，并以此為依據(jù)在基材上畫出構(gòu) 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(gòu)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(zhuǎn),，將零件表面 “燒黑”，影響加工面質(zhì)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(gòu)件的順恍與逆銑，方 向不對很容易造成構(gòu)件崩邊,，且操作危險系數(shù)高,。2 CNC加工技術(shù) CNC加工技術(shù)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(fù)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(shù)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(fù)雜異型曲線構(gòu)件，CNC加工技 術(shù)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(shù)處理：1 ) 圖3為某產(chǎn)品構(gòu)件一“內(nèi)直角”轉(zhuǎn)角處,，由于銑刀旋轉(zhuǎn)， 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(gòu)件外輪廓切割前，在轉(zhuǎn)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(shù)對構(gòu)件輪廓加工應(yīng)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(gòu)件切削面出現(xiàn)“毛刺”,。且當多個構(gòu)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(gòu)件加工的最終位置離下一構(gòu)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(gòu)件與臺面接觸面積過小時,，零件會發(fā)生移位，導(dǎo)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(gòu) 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(gòu)件間距w 應(yīng)視銑刀直徑而定,，值過大則浪費材料，而過小則會損 壞構(gòu)件,。3基于CNC技術(shù)的異型構(gòu)件加工試驗3.1試驗材料與設(shè)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(shè)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(chǔ)上加寬0.1mm以保 證裝配,。3.3試驗步驟 3.3.1分析與設(shè)計圖紙設(shè)計圖紙并不能立即應(yīng)用于CAM-Pro進行刀具路 基于CNC加工技術(shù)的復(fù)雜曲線構(gòu)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(yù)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(yīng)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(shù)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(dǎo)人CAM-Pro軟件，檢查圖形是否為封閉回 路,。若構(gòu)件輪廓線未能形成封閉回路,，則需重新導(dǎo)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(yīng)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(yīng) 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(gòu)件損壞,，故應(yīng)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(jié)論CNC加工技術(shù)因加工精度及效率高而受到青睞,其能無限復(fù)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(shù)對于復(fù)雜曲線構(gòu)件的加工優(yōu)勢,，并闡述了具體試制過程，旨在為此類復(fù)雜曲線構(gòu)件加工提供參考,。