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[木工加工] 家具CAD/CAM加工工藝過程及特點

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發表于 2021-3-14 01:38:11 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
計算機輔助家具設計與制造(FCAD/CAM-Furniture Computer AidedDesign/Manufacturing)是運用計算機技術完成家具設計及制造的通稱。FCAD/CAM有廣義和狹義之分,廣義FCAD/CAM是指運用計算機輔助完成從家具原材料選配到制造出產品的全部制造活動,包括了直接制造活動和間接制造活動,涉及工藝準備、生產計劃、物料計劃、生產控制和質量保證等多項內容。狹義FCAD/CAM是計算機輔助數控加工,是將家具零部件加工的工藝路線和工序內容等信息輸入計算機,計算機輸出刀具加工的運動軌跡(刀位文件)和數控程序,用以控制數控機床完成家具某一零部件的加工。FCAD/CAM已成為先進設計與制造技術的重要組成部分,也是提高家具設計與制造水平的重要舉措。
  FCAD/CAM是現代設計制造技術發展最為活躍的領域,已直接影響產品更新、生產發展和競爭能力。進入21世紀,意味著一個大批量生產時代的結束,剛性流水線已逐漸成為過去。對于家具制造業面臨的是一種具有高度柔性的、擁有高技術和能對市場需求作出迅速反應的設計與制造模式。這種新的制造模式的基礎就是FCAD/CAM,即計算機輔助家具設計和輔助家具制造技術。
  面對家具市場激烈競爭,能否根據市場需求作出快速響應和決策是一個企業能否贏得市場的關鍵。而這種能力的基礎取決于企業設計與制造的技術水平,以FCAD/CAM為基礎的設計與制造技術可以用最快的速度向市場推出全新的產品,從而在市場競爭中處于主動。
  國內家具企業雖取得了很大的進步,但整體的設計與制造水平和發達國家相比還存在相當距離,有些家具企業對FCAD/CAM沒有認識,筆者就實際應用的情況為例說明狹義FCAD/CAM工藝過程和加工特點。
1家具CAD/CAM的工藝過程
不同的產品有不同的加工工藝流程,其基本工藝流程如圖1。由以下核心加工步驟組成:
  1.1輸入文件
  運用CAD建立實體模型,繪制刀具的走刀路徑,也可以文件形式輸入,但輸入文件的數據結構、格式相同或兼容。
  1.2定義刀具資訊
  定義刀具資訊(如刀具直徑、加工刀片數、刀具形狀等),選擇進刀、走刀、退刀方式等。
  1.3設置加工參數
  設置加工的參數(進刀速度、刀具轉速、切削速度、切削形式等)及機械或刀具的補償等。
  1.4生成刀具軌跡
  生成刀具加工軌跡,并對刀具加工軌跡進行即時動態虛擬,并記錄加工工藝卡。對有問題的程序返回重新進行修改。
  1.5輸出NC碼
  根據加工的CNC控制系統輸出NC碼。
  1.6數據傳輸
  計算機與CNC之間進行數據傳輸(可以通過網絡、NCN、驅動器等)。
  2家具CAD/CAM加工特點
  家具的加工主要以木質材料為主,由于木質材料質地比較軟,切削方式主要采用高速銑、刨、鉆、鋸、車、砂、雕刻等方式,目前市場上的CNC加工設備也多種多樣,其加工刀具有各種銑刀、刨刀、雕刻刀,單頭鉆、多頭鉆,32mm系列排鉆等,其加工方式不但考慮CAM系統刀具路徑,而且還結合CNC加工設備所用刀具的特點,以完成各種不同形式的加工。
  2.1加工精度高
  CNC加工設備的結構決定,其設備精度都比較高,CNC設備的定位精度為±0.01mm,重復定位精度為±0.005mm。
  在加工過程中不需要操作人員作中間修正,工件的加工精度全部由機床保證,消除了操作人員的人為誤差。因而加工出來的工件精度高,尺寸穩定。其形狀和尺寸精度能滿足各種家具對精度的要求。
2.2能加工復雜的型面
CNC加工設備的刀具運動軌跡是由加工程序決定的,因此只要能編制出程序,同時選用合適的CNC加工設備及相應的刀具,無論工件的型面多么復雜都能加工。選用圖2所示的CNC設備,可以加工家具零部件的復雜曲面、各種線型;長期依賴手工方式的雕刻工藝,CNC加工設備也能完成,CNC加工設備使家具制造向數字化生產方式發展。file:///C:/Users/marky/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.jpg
隨著數控CNC技術的發展,CAD/CAM用途也不斷地擴大,能刨削大面積的曲面,能車削復雜的回轉體的零件,并能鋸切曲線零件,如圖3所示。
2.3能加工各種結構的家具零部件file:///C:/Users/marky/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.jpg
  在CNC加工設備上配置不同的刀具及其附件,就可以完成各種定位孔、結構孔、32mm系列化、指接榫、各種榫頭、槽榫,能滿足實木和板式家具基本加工需要。圖4所示的刀具與附件是CNC加工設備附件的一部分。
2.4生產效率高
CNC加工設備的主軸轉速達25000rpm甚至更高,實現高速切削。X、Y定位速度已達到24m/min,Z軸定位速度9m/min,實現快速定位。通過合理選擇切削參數,充分發揮刀具的切削性能,減少切削時間,而且加工過程穩定。不需要在加工過程中進行中間測量就能連續完成整個加工過程,減少了輔助動作時間和停機時間。CNC的加工軸已從早期的單軸向多軸發展,自動換刀也由單軸向多軸自動換刀發展,工作臺由單個向兩個發展,增加一次加工工件的數量,加工從單頭向多頭多軸聯動發展,一次定位,實現銑、刨、鉆等各種加工方式,大大提高生產效率,如圖6所示。file:///C:/Users/marky/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.jpg
2.5能實現大批量生產
CNC加工設備的加工范圍也不斷擴大,不但能滿足小批量多品種,而且已能滿足多品種大批量生產。如圖5是出口美國的餐椅椅背部件大批量生產刀具路徑及工件加工定位圖,用一臺8軸CNC分4軸一組聯動生產,正常情況下可生產480件/小時。一些認為CNC加工設備只能用于小批量,多品種的認識是錯誤的。筆者實踐發現,若設計與制造復雜零部件且批量很少,由于需要技術專業人員CAD/CAM編寫NC碼的工作量相當大,并不經濟。file:///C:/Users/marky/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.jpg
2.6調度簡單
操作安全、可一人多機操作CNC加工設備出第一個合格工件后,工人只需要進行工件的裝夾和啟動機床,減輕了工人的勞動強度?,F在家具有的CNC加工設備可靠性高,保護功能齊全,并且數控系統有自診斷和自停機功能,因此當一個工件的加工時間超出工件的裝夾時間時,就能實現一人多機操作。file:///C:/Users/marky/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.jpg
  CNC加工設備對操作者的技術水平雖然較普遍設備高,但是現代數控設備換刀方便,定位一般用相對坐標,刀具的參數、位置可以通過程序或機械進行數字化自動修正,多軸聯動加工定位可以運用加工程序進行調刀。
  2.7經濟效益明顯
  雖然數控機床相對單臺普遍機床投資高,一次投資及日常維護保養費用較普通機床也要高很多,但能避免采購大量專用設備,減少勞動力成本,。通過發揮CNC加工設備的加工能力,提高設備的利用率,節省企業大量購買專用設備的資金。CNC加工設備不僅生產效率高、加工質量高、加工質量好、廢品少、生產周期短,而且能發揮新產品開發快的優勢,從而提高經濟效益。
  2.8可運用現代管理技術
  在數控機床上,加工所需要的時間是可以精確預計的,并且相同工件所用時間基本一致,因而可以精確估計工時和時費用。這有利于精確編制生產進度表,有利于均衡生產和取得更高的預計產量。
  用FCAD/CAM可以實現設計與制造即時化、并行化、網絡化、大大縮短產品開發時間。
  3家具CAD/CAM缺點
  3.1人同素質要求高
  CNC加工設備對操作和設計人員要求高,不但要懂CAD/CAM,還必須熟悉家具生產工藝,二者缺一不可。
  3.2設備復雜
  由于設備復雜系數高,對維護者的技術水平要求相應增高,而且維護費用比普通設備高。
  3.3小刀具不宜
  當加工所用的刀具直徑小于5mm時,由于刀具太小,線速度太低,影響加工質量。

- Y2 C, P0 I7 v2 I4 z. I5 A

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