家具CAD／CAM加工工艺过程及特点.pdf

适 用 技 术 舣科 肖伟 J 李 j T e c h n o P r o c e s s a n d Ch a r a c t e r i s t i c o f F CAD CAM W a n Sh u i I1 c k c Xl L 1 W e l l1 Ll N 1 计 算 机 辅 助 家 具 设 计 与 制 造 FCAD CAM F u I n i t u r e Co mpu t e r Ai d e d De s i g n Ma n u l h c t u r i n g 是 运 用 计算机技术完成家具设计及制造的通 称 F C AD CAM 有 广义 和 狭 义 之分 广 义 F CAD CAM 是 指 运 用 计 算 机 辅 助完成从家具原材料选配到制造出产 品的全部制造活动 包括 了直 接制造 活 动 和 间 接 制 造 活 动 涉 及 工 艺 准 备 生产计划 物料计划 生产 控制 和 质 量保 证 等 多项 内 容 狭 义 F CAD CAM 是 计 算 机 技 术 在 某 个 制 造 环 节 中的应 用通常指计算机辅助数控 加 工 是 将 家 具 零 部 件 加工 的 工艺 路线 和工序 内容 等信息输八计算机 计 算 机输 出刀具 加工的运动轨迹 刀位 文 件 和数 控 程 序 用 以控 制 数 控 机 床 2 0 2 O O 4 2 完 成 家 具 某 一 零 部 件 的 加 工 F CAD CAM 已成 为先进设计 与制造技术 的 重要组成部分 也 是提高家具设计 与 制 造 水 平 的重 要 举 措 F CAD CAM 是现代设计制造技 术 发 展 最 为活 跃 的领 域已 直 接影 响 产 品更新 生产发展和竞争能 力 进 八2 1 世纪 意味着一个大批量 生产 时 代 的结 束刚 性 流 水 线 已 逐 渐 成 为过 去 对于家具制造业面I 临的是一种具 有高度柔性 的 拥有高技术 和能对市 场 需 求 作 出迅 速反 应 的 设计 与 制 造模 式 这 种 新 的 制 造 模 式 的 基 础 就 是 F CAD CAM 即 计 算 机 辅 助 家具 设 计 和 辅 助 家 具 制造 技 术 面对家具市场激 烈竞争 能否根 据 市 场 需 求作 出快 速 响 应 和 决 策 是一 个 企 业 能 否 赢 得 市 场 的 关 键 而 这 种 能力的基础取 决于企业设计与制造 的 技 术 水 平 以 F CAD CAM 为 基 础 的 设 计 与制造技术可 以用最快的速度向市 场 推出全新 的产 品 从而在市场竞争 中 处 于 主 动 国内家具企业虽然取得 了很 大的 进 步 但 整体 的设 计与制造水平 和发 达 国家相 比还存在相 当距离 有些 家 具 企业对 F CAD CAM 没有认识 笔 者 就 实 际应 用 的情 况 为例说 明狭义 F CAD C AM 工 艺 过 程 和 加 工 特 点 1 家具 C A D C A M 的 工 艺 过 程 不 同 的产 品 有 不 同 的 加 工 工 艺 流 程 其 基 本 工 艺 流 程 如 图 1 由 以下 核 心 3 n T 步 骤 组 成 维普资讯 t 卫 喇嘴c 肼c M翻 一加卫 田溉 z c 加工元 图 1 1 输 八 文 件 运 用 CAD建 立 实 体 模 型 绘 制 刀 具 的走刀路径 也可 以文件形式输八 但输 人文件的数据结构 格式相 同或 兼 容 1 2定 义刀具资讯 定 义 刀 具 资 讯 如 刀 具 直 径 加 工刀片数 刀具形状等 j 选 择进 刀 走刀 退刀方式等 1 3 设 置 加 工 参 数 设置 加工的参数 进刀速度 刀 具 转 速 切 削 速 度 切 削形 式 等 j 及 机 械 或 刀 具 的 补偿 等 1 4 生 成 刀 具轨 迹 生成刀具加工轨迹 并对 刀具加 工轨迹进行 即时动态虚拟并记录 加 工工艺卡 对有 问题的程序返 回重 新 进 行 修 改 1 5 输 出 NC码 根 据 加 工 的 CN C 控 制 系 统 输 出 NC码 1 6 数据传输 计算机 与 CNC之 间进行数据 传 输 可以通过网络 DNC 驱动器等 J 2家具 C AD C A M j n T的特点 家 具 的 加 工 主 要 以木 质 材 料 为 主 由于木质材料 质地 比较 软切 削 方 式 主要 采 用 高 速 铣 刨 钻 锯 车 砂 雕 刻 等 方 式 目 前 市 场 上 的 CNC加工设各也 多种 多样 其 加工刀具有各 种铣刀 刨 刀 雕 刻 刀 单 头 钻 多头 钻 3 2 ram系列 排 钻 等 其 加 工 方 式 不 但 考 虑 CAM 系 统 刀 具 路 径而且 还 结 台 C NC加 工 设 备 所 用 刀 具 的特 点 以完 成 各种不同形 式的加工 2 1 加 工 精 度 高 CNC加 工设备的结构决 定其 设 备精 度 都 比较 高 CNC设 备的定位 精度为 0 0I mi l 1 重 复 定 位 精 度 为 0 0 0 5 1 1 1 11 1 在 加 工 过 程 中 不 需 操 作人 员 作 中 间修 正 工 件的加 工精度全 部由机 床 保证消除 了操作人 员的人为误 差 因而加工 出来 的工件精度 高 尺 寸稳 定 其形状 和尺寸精度能满足各种 家 具对精度 的要求 2 2能 加 工 复 杂 的型 面 CNC 3 h E 设 备 的 刀具 运 动 轨 迹 是 由 加 工 程 序 决 定 的 因此 只 要 能 编 制 出 程 序 同 时选 用 合适 的 CNC加工 设 备 及 相 应 的刀 具无 论 工 件 的 型 面 多么复杂都能加工 选用图 2所示的 CN C设备可以加工家具零部件 的复 杂 曲面 各种线型 长期依赖手工方 式 的雕刻 工艺 CNC加工设备也能完 成 CNC加 工 设 备 使 家 具 制 造 向数 字 化 生 产 方 式 发 展 随 着数控 CNC技术 的发 展 CAD CAM 用 途 也 不 断地 扩 大 能 刨 削大 面积的 曲面 能车 削复杂的 回转 体 的 零 件 并 能 锯 切 曲线 零 件如 图 3所 示 2 3 能 加 工 各 种 结 构 的 家 具 零 部 件 在 CNC 加 工 设 备 上 配 置 不 同的 刀具及其 附件 就可 以完成各种定位 孔 结 构 孔 3 2 mm 系 列 孔 指 接 榫 各种榫头 槽榫 能满足实木和 板式 家具基本加工 需要 图 3 所示 的刀具 与 附 件 是 CNC 加 工 设 备 附 件 的 一 部 分 2 4 生产 效 率 高 CNC 加 工 设 备 的 主 轴 转 速 达 2 5 0 0 0 r p m 甚 至 更 高 实 现 高 速 切 削 x Y定位速度 已达 到 2 4 mJ mi n Z轴 定位速 度g in rai n 实现快速定位 通 过合理 选择切 削参数 充分发挥 刀具 的切 削 性 能减 少 切 削 时 间而 且 加 工 过 程 稳 定 不 需 要 在 加 工 过 程 中进 行 中间 测 量 就 能 连续 完成 整个 加 工 过 程减少 了辅助动 作 时 间和停机 时 间 C NC的 加工轴 已从早期的单轴 向 多轴 发 展 自动 换 刀 也 由 单 轴 向 多轴 自动换 刀发展工作 台由单个向两个 盏 霸 躜 图 2 图 3 2 2 0 0 4 2 1 争 维普资讯 发展 增加一次加工工件 的数量 加 工从单头 向多头 多轴联动发展 一次 定 位实 现 铣 锯 刨 钻 等 各 种 加 工 方 式 大 大 提 高 生产 效率 如 图 6 所 示 2 5 能 实 现 大 批 量 生 产 CNC 加 工 设 备 的加 工 范 围 也 不 断 扩 大 不 但 能 满 足 小 批 量 多 品 种 而 且 已 能 满 足 多 品种 大批 量 生 产 如 图 5是出 口美国的餐椅椅背部件大批 量生产 刀具路径 及工件加 工定位图 用 一 台 8轴 CNC分 4 轴 一 组 联 动 生 产正 常 情况 下 可 生 产 4 8 0件 小 时 一 些 认 为 CNC 加 工 设 备 只 能 用 于 小 批 量 多 品种 的认 识 是 错 误 的 笔 者 实践发现若 设计 与制造复杂零部件 且 批 量 很 小 由 于 需 高 技 术 专 业 人 员 CAD CAM 编 写 NC码 的 工 作 量 相 当 大 并 不 经 济 2 8调试简 单 操作安全 可一 人多机 操作CNC 加 工 设 备 出第 一 个 合 格 工 件 后 工 人 只 需 要 进 行 工 件 的 装 夹 和 启 动 机 床 减 轻 了 工 人 的 劳 动 强 度 现 在 家 具 用 的CNC N 工设备 可靠性高 保护功能 齐 全 并 且 数 控 系 统 有 自诊 断 和 自停 机功能 因此 当一个工件的加1B 3问 超出工件的装夹时 间时 就能实现一 人 多 机操 作 C NC加 工 设 备 对 操 作 者 的 技术 水平 虽 然 较 普 通设 备 高 但是 现 代 数 控设 备换 刀方便 定位一般 用相对坐 标 刀具 的参数 位置可 以通过程序 或机 械 进 行 数 字 化 自动 修 正 多 轴联 动 加 工 定 位 可 以 运 用加 工 程 序 进 行调 刀 2 7 经 济 效 益 明显 虽然数控机床相对单 台普通机床 投资高一次投资及 日常维护保养 费 用 较 普 通 机 床 也 要 高 很 多但 能 避 免 采 购大 量专 用 设备 减少 劳动 力成 本 通 过 发挥 CN C加 工 设 备 的加 工 能 力 提 高 设 备 的利 用 率 节 省 企 业 大 量 购 卖 专 用 设 备 的资 金 CNCj J N T设 2 2 2 0 0 4 2 固 4 翔精 备不仅生产效率高 品 少 生 产 周 期 短 品开 发 快 的优 势 益 加 工 质 量 好 废 而 且 能 发 挥 新 产 从 而 提 高 经 济 效 2 8 可运用现代 管理技术 在 数 控 机 床 上 J n X 所 需 要 的 时 间是可 以精确预计的并且相 同工件 所用时间基本一致 因而可 以精确估 计工时和工时费用 这有利于精确编 制生产进度表 有利 于均衡 生产和取 得更高的预 计产量 用 F CAD CAM 可 以实 现设计与 制 造 即 时 化 并 行 化 网络 化 大 大 缩 短 产 品 开 发 时 问 3 家具 C AD C AM 的 缺 点 31人 员素质要 求高 CNCj J D 工 设 备对 操 作 和 设 计 人 员 要 求 高 不 但 要 懂 C AD CAM 还 必 须熟悉 家 具生 产 工艺 者缺 一 不 3 2 设 备 复 杂 由于设 备复杂系数 高 对维 护者 的技 术 水 平 要 求相 应 增 高 而且 维 护 费 用 比 普 通 设 备 高 3 3 小 刀 具 不 宜 当 加 工 所 用 的 刀 具 直 径 小 于 5 mm时 由于刀具 太小 线 速度