木工數控雕刻工藝研究

梁保生

（福建林業職業技術學院，福建 南平 353200）

?

木工數控雕刻工藝研究

梁保生

（福建林業職業技術學院，福建 南平 353200）

摘 要：為優化現有木材加工行業的數控雕刻工藝，提高加工效率。采用了對比實驗法，對行業內現有工藝進行改進，創新性地采用分段進給速率加工工藝，明顯地提高了產品的品質，縮短產品的單位加工時間。也為行業內人士總結了相關生產實踐經驗。

關鍵詞：木工數控雕刻；工藝研究；分段進給速率加工工藝；實踐經驗

當下的時代是物質日益豐富的時代，人們對生活品質的追求也達到了一個新階段。原來被人們認為是奢侈品的古典藝術家居飾品，也逐步廣泛進入尋常百姓的家中。尤其是2013年以來，古典藝術家居飾品的市場呈現供需兩旺的良好勢頭；同時，市場也對生產企業的生產能力提出了更高的要求，使得企業生產模式向智能化，規模化，專業化的模式轉型。這就必然引起生產企業在設備選用，技術規范，管理運行模式等方面都發生全新的變革。比如：由于數控加工技術的進步，數控木工雕刻機被逐步大量運用到木制品生產中，從而改變了傳統手工雕刻的主導地位，也大大提高了生產效率；并且，也對生產企業的技術人才要求發生變化，具有智能化技術應用型人才成為新寵。局勢發展至今，數控木工雕刻機的生產產品可以達到幾乎完全一樣的效果，而手工雕刻不會達到雕刻效果的幾乎一模一樣，只能達到最大程度地相似。但是目前許多木材加工企業的數控雕刻加工領域管理還處于發展初期，管理比較粗放，在實際生產效率和精度仍有大幅提高的空間。本文主要研究通過工藝實驗研究能把單臺設備的加工效率再次有所提高，并為行業內人士提供相關生產實踐經驗。

1. 木工數控雕刻在木材加工行業應用存在的問題與困境

1.1 企業的管理層自身認識有誤區

數控木工雕刻機對于許多公司的高層管理者來說對是新事物，所以會存在錯誤的認識，在日常的使用過程中很容易出現各種問題：加工質量低下，效率不高，浪費能源的現象存在，管理者看見了卻不知道浪費的存在。

1.2 企業技術人員水平不足

1.2.1 設計人員對圖形的矢量化精度不高導致加工效率不夠高

國內高科技的普及型數控木工雕刻機設備進入了家具制造行業已經是日新月異。但是設備的發展遠遠比人才的成長要快得多，設備使用類型多了，可真正精干的雕刻機操作員卻少之又少。對于雕刻設計，圖形的輪廓的矢量化處理會影響雕刻效果和加工效率。比如有些雕刻區域的沒有形成封閉的矢量，會影響浮雕的生成。如果有些矢量形成交叉點，導致算法無法優化，造成不必要的抬刀次數增多，影響雕刻效率。

1.2.2 設計人員對刀具路徑優化處理能力較弱

一些企業由于缺乏專業的數控技工或者現有的技術人員沒有及時更新技術培訓，在雕刻設計時常常出現一些不必要的錯誤。比如對于浮雕雕刻刀路生成時，沒有考慮刀具會不會有干涉問題；有的是用了太多短線加工代替了圓弧加工，導致生成的加工程序太過龐大。諸如這些問題，都是因為這些企業急于上馬新的數控加工項目，而配套的技術準備沒有跟上造成的。

2. 基于JDpaint軟件和三維立體浮雕雕刻機的浮雕的工效對比實驗

2.1 實驗目的：通過實驗探尋更高效的木工數控雕刻工藝。

2.2 實驗方法：對比實驗法。

2.3 實驗設備及工具材料簡介

設備：三維立體浮雕雕刻機型號MXK5826Y；其他配套普通木材加工設備如，鋸機，刨床，砂磨機等。工具：微型電動雕刻筆，手動拋光機。材料：楠木，拋光蠟。實驗場地：福建林業職業技術學院木材加工生產性實訓基地。

2.4 實驗內容：雕刻鎮紙樣品

2.4.1 確定工藝：模擬福建華閩古典藝術家具有限公司的雕刻工藝和數控參數（下文簡稱工藝A）。

2.4.2 實驗準備

2.4.3 毛坯下料

本次實驗采用外購的楠木干燥小方材，長1210mm寬40mm厚35mm，經過小帶鋸截斷成為長305mm寬40mm厚35mm的實驗用材毛料，在經過平刨把毛料刨削成平整的坯料。

2.4.4 數控雕刻加工實驗過程：

（1）首先使用北京精雕JDpaint軟件制作鎮紙浮雕；

（2）生成NC程序；

（3）在數控機床上加工樣品。

將NC文件用U盤輸入三維立體浮雕雕刻機中，設置機床的參數為：進給速度1200mm/min主軸轉速8000r/min，下刀深度為2mm，經過工件的安裝，定位，對刀，雕刻加工，清理毛刺，打蠟等工序后加工得到12付以下樣品。

2.5 階段實驗小結

模擬企業的各種工藝和參數（下文簡稱工藝A），雕刻制作的鎮紙作品長305mm寬40mm厚28mm雕刻深度2mm；整個雕刻加工用時4小時零8分，精度達到企業的正常標準。

2.6 實驗改進措施設計：

改進措施理論分析：影響數控雕刻加工效率的兩個重要參數是主軸轉速和伺服系統的進給速率，后續的實驗將計劃從這兩方面入手。

工藝A的樣品A存在以下可以提升的方面：鎮紙徽標和小龍部分需要精細雕刻，而“業精德厚”的文字部分所需的精度可以不必太高，所以可以設計同一工件不同部位采用不同進給速度不同刀具轉速分段加工采用。既可以提高局部雕刻精度，又可以提高雕刻整體加工效率。

2.7 進行工藝B加工實驗

對加工得到的樣品A進行分析研究，調整工藝方法，形成新的工藝。在備料、裝夾、刀具等加工條件都不變的條件下，僅對原有加工程序進行手工修改：在進行雕刻鎮紙徽標和小龍部分時進給速度改為F600，主軸轉速不變，在雕刻“業精德厚”和空白部分時進給速度改為F2800，主軸轉速提高一倍達到16000r/min。這樣形成的工藝方案下文簡稱工藝B。這種加工方式可以簡稱為“分段進給速率加工工藝”。修改后的NC文件（加工程序）輸入機床，進行加工后得到如下一批樣品B。

2.8 改進后實驗結果分析：修改工藝和參數后得到的樣品B比樣品A的雕刻加工用時少1小時零53分比，精度也比華閩公司的正常標準要好一些。

2.9 實驗小結

雕刻程序設計前先要結合產品的品質需求，分析出產品哪些部分需要精細雕刻，哪些部分所需的精度可以不必太高，在程序設計時同一工件不同部位采用不同進給速度，不同刀具轉速分段加工采用。這樣既可以提高局部雕刻精度，又可以提高雕刻整體加工效率。利用“分段進給速率加工工藝”陸續開展實驗加工以下作品加以驗證。

2.10 實驗結論用于小批量試生產

運用上述“分段進給速率加工工藝”思路設計了一組與華閩公司部件造型相同的楠木屏風嵌板浮雕件和非洲花梨羅漢床圍嵌板件的加工程序，并且把實驗結論用于小批量試生產。

2.11 實驗小結

雕刻程序設計前先要結合產品的品質需求，分析出產品哪些部分需要精細雕刻，哪些部分所需的精度可以不必太高，在程序設計時同一工件不同部位采用不同進給速度，不同刀具轉速分段加工采用。這樣既可以提高局部雕刻精度又可以提高雕刻整體速度。這種加工方式可以簡稱為“分段進給速率加工工藝”。通過多次實驗證明，這種“分段進給速率加工工藝”思路對于提高企業加工效率具有重要作用。

結論

根據實驗和生產實踐得出結論：在同樣的生產條件下，對于木工雕刻機來說，工件的進給速度和主軸刀具的運轉速度是至關重要的影響因子。工藝設計時，可以設計同一工件不同部位采用不同進給速度不同刀具轉速分段加工（即分段進給速率加工工藝），可以提高雕刻整體加工效率。

在實驗中還總結出了以下實踐經驗：雕刻刀具磨損的判斷非常重要，具體方法如下：通過工件的加工表面中來判斷刀具的磨損情況，如果加工參數，切削用量等設置均合理，工件已加工的表面不如先前的平滑，此時可以確定刀具達到了非正常磨損狀態，需要更換刀具；另一種實踐經驗是：刀具是否磨損，磨損量的大小，最常用的判斷方法是聽聲音，如果切削聲音非正常尖叫刺耳，說明刀具的加工狀態已經不正常，此時可進行綜合分析，如果不是刀具本身質量問題，刀具裝夾也沒問題，用刀參數正常，這時候應該可以判斷是刀具磨損了，必須更換刀具；對于磨損嚴重的刀具必須及時更換，不然嚴重影響雕刻質量度，也能對數控雕刻機本身照成損害，也造成加工效率低下。

參考文獻

［1］鐘福洪.浮雕與裝飾藝術［J］.景德鎮陶瓷，2011（6）：10-12.

［2］我國家具業未來發展趨勢前瞻［J］.林業機械與木工設備，2001，4（29）：40.

［3］馬巖.我國數控木工機械的發展現狀及自動化技術的研發方向［J］.林業機械與木工設備，2012，40（1）：4-9.

［4］］周燕鈴.中國古典家具中的雕刻裝飾研究［J］.中南林學院，2003：30-49.

中圖分類號：TS65

文獻標識碼：A