为满足功能、结构及审美需求,复杂曲线构件得以 广泛应用|1]。传统成型方式因设备投人低而成为多数 加工企业的首选,但加工产品精度差且操作危险系数 高。随着现代加工技术的提高,CNC加工中心成为异 型复杂构件加工的首选设备叭通过自动控制系统,匀 速进给,使加工产品表面光洁、精度好、效率高。
笔者从传统加工方式人手,通过对复杂曲线构件 的分析,比较与探讨CNC加工技术的优势W,旨在实现 复杂曲线构件的高效与精密加工。同时,以一酒架产 品为例,阐述具体试验过程。
1传统加工方式
人们对家具产品审美通常会以各种曲线形零部件 来表现|4\传统成型方式多以套裁为主,即将要加工 的异型构件制成模板,并以此为依据在基材上画出构 件轮廓,然后用细木工带锯机或线锯机将板件加工成 异型毛料,再经过靠模铣型加工成成品。图1所示为画 线套裁异型构件加工常见的流程。
但在实际生产中上述方法存在以下不足:1)零件 精度差。此问题尤以“铣型”工序突出,究其原因,主要 是零件进给速度不均匀,加工面易出现波纹,且当进给 不连续时,刀具在问一■接触点上局速旋转,将零件表面 “烧黑”,影响加工面质量。2 ) “画线”工序要求操作员 分辨并去除材料缺陷、如何最大化利用基材等。“套 裁”工序要求操作员能将“套裁”余量控制在2mm之内。
在“铣型”工序中,操作员要注意构件的顺恍与逆铣,方 向不对很容易造成构件崩边,且操作危险系数高。
2 CNC加工技术
CNC加工技术是通过数字化信号对刀具运动过 程进行控制%通常自带有一定绘图功能的软件系 统,常用的有CAM-Pm软件。但对复杂图形进行编辑 时,常需要借助并兼容其他绘图软件,如Aoto-CAD、 Rhino 等。
图2为一实木酒架的零部件图,加工时可将产品分 解为4个部分,并在CAD软件中进行模拟排产,以便直 观地了解材料利用率。且运用CNC加工技术能通过一 次运行同时加工多套产品,可以提高生产效率。
针对类似图2中复杂异型曲线构件,CNC加工技 术具有很大优势。运用计算机控制切削量及切削速 度,保证切削面平整、光滑。
但在实际制作过程中可以进行如下技术处理:1 ) 图3为某产品构件一“内直角”转角处,由于铣刀旋转, 此处会被加工成圆角(图中未被加工部分)而影响装 配。经多次实践,构件外轮廓切割前,在转角处执行一 条钻孔指令,可有效避免“内圆角”缺陷。2 )刀具路径 优化与控制。CNC加工技术对构件轮廓加工应遵循“外 周逆时针”,“内壁顺时针”铣削原则。错误的铣削顺序 会使构件切削面出现“毛刺”。且当多个构件一起加工时要减少主轴的空驶路径,以达到生产效率最大化目 的,即保证第一个构件加工的最终位置离下一构件加 工的开始位置距离最短。因此,在制定加工方案时,不 能简单依靠软件生成刀具路径,而往往要根据实际加 工方案进行优化。3)小零件加工。小零件如何固定 为CNC加工中的主要问题。以真空吸附型CNC加工中 心为例,小零件在加工中会受到刀具的巨大切削力。 当构件与台面接触面积过小时,零件会发生移位,导致 零件及刀具的损坏。
如以案例中零件4为例,将多个零件4编辑成图4形 式,原因是将多个小零件联排可以有效提高台面对构 件的吸附力,保证正常加工。在其外形切割完成后,只 需进行分解,便可得到多个零件4。其中两构件间距w 应视铣刀直径而定,值过大则浪费材料,而过小则会损 坏构件。
3基于CNC技术的异型构件加工试验
3.1试验材料与设备
试验材料:砂纸、〇.5mm7jC曲柳覆面18mm厚多层胶 合板,板材厚度约19mm,幅面尺寸为2 440mm x 1220mm;
试验设备:恩德OWEN48加工中心,零件采用真空吸附 固定;软件系统:Aoto CAD、CAM-Pro;加工刀具:川木 直刀,切削直径奶mm、08mm。
3.2试验方案
该案例产品各零件采用卡口接合自锁式装配,对 零件加工精度要求高,尤其是卡槽处。因此,该案例将 采用CNC加工中心对其进行加工。但需注意:漆膜厚 度对卡槽间装配有影响。案例中4种零件卡槽宽度均 需进行重新编辑,即在原宽度基础上加宽0.1mm以保 证装配。
3.3试验步骤 3.3.1分析与设计图纸
设计图纸并不能立即应用于CAM-Pro进行刀具路
基于CNC加工技术的复杂曲线构件加工与试验——陈新义刘文金径的编辑,而常会依据实际需求在CAD或Rhinn中进行 再编辑。案例中,依实际需求,在各零件“内直角”处编 辑预钻孔位置,并对卡槽宽度进行再编辑,全部加宽
0. 1mm3零件长度方向应与基材木纹方向一致。编辑 文件以(W格式保存备用。
3.3.2生成刀具路径、编辑加工参数
CNC加工技术是通过计算机控制机床执行,靠参 数化传输指令。1)选取刀具、编辑加工参数。将备 用rlxdt件导人CAM-Pro软件,检查图形是否为封闭回 路。若构件轮廓线未能形成封闭回路,则需重新导人 CAD或Rhino软件中进行再编辑,直至形成封闭回路 为止。案例选取刀具分2个步骤:步骤一,选取<?5mm 直刀对各零件中“内直角”位置进行孔加工,加工深 度19mm;步骤二,选取少8mm直刀加工各零件内、外轮 廓。由于刀具切削深度达19mm,如只进行1次切割,刀 具前进中会受到巨大阻力。为降低加工中断刀概率, 故切割分2次进行,即每次切削深度为9.5mm。如图5 所示,选取加工刀具及编辑加工参数。切削进给速度 则根据基材硬度判定,如基材硬则应适当放慢进给速 度,反之则加快进给速度。2)编辑与优化刀具路径。 选取好加工刀具及加工参数,便可进行加工路径编辑。 切削方向按照“外沿逆时针、内壁顺时针”原则,如图6 所示。CAM-Pro软件根据加工刀具方向自动生成的刀 具路径往往需要经过优化才能达到加工效率最大化, 即减少机器运行中刀具的空驶路径。图7为优化后加 工刀具加工顺序:钻孔(Y处)一拉手孔(L处)一零件 外轮廓一分解得到零件4。零件1上拉手孔加工顺序应 紧随钻孔工序之后,这是因为当零件1从基材上切割下 来后,其真空吸附面积急剧减小,为防止加工拉手孔过
程中因吸附力不足造成构件损坏,故应在钻孔工序完成 之后立即加工拉手孔。3)生成NC代码、加工零件。各 刀具路径以及参数调整完成,可在软件中对加工过程 进行模拟,待准确无误后输出NC代码,而后便可开机 加工。CNC加工中心开始自动加工前由操作人员加 载加工程序(将NC代码指定给CNC加工中心)、选择装 卸刀具、装夹加工材料1^。布置以及固定好加工材料 后,先对加工程序以及材料的定位进行检查,即将安全 高度调整到加工深度以外的距离,保证对材料不造 成影响。确认程序以及材料定位无误,进行实际的 加工生产。
3.3.3装配
将各部件从台面上取出,用砂纸将其边部毛刺打 磨去除,而后进行涂饰。待漆膜干燥完毕后便可进行 装配。如图8所示,酒架成品。
4结论
CNC加工技术因加工精度及效率高而受到青睐,其能无限复制加工精度且保持同一精度的特征更是统工艺无法比拟的。笔者以一卡槽接合自锁式酒架的加工试制,探讨与分析CMC加工技术对于复杂曲线构件的加工优势,并阐述了具体试制过程,旨在为此类复杂曲线构件加工提供参考。
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