木工機(jī)械 第12章 木工數(shù)控加工機(jī)床與加工中心

1、 木工數(shù)控機(jī)床就是指用數(shù)字化信號(hào)控制的木材加工機(jī)床，簡稱CNC機(jī)床。如果CNC機(jī)床加工的功能較為全面（銑、鉆、刨等），則稱為加工中心。 CNC機(jī)床是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械加工完美結(jié)合的產(chǎn)物，它可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與制造的即時(shí)化、并行化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化以及產(chǎn)品的三維立體化生產(chǎn)?？梢哉f它是現(xiàn)代家具與木制品加工機(jī)械的發(fā)展方向。 目前國內(nèi)外生產(chǎn)的CNC機(jī)床有多種，根據(jù)其加工工藝不同有數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、多功能數(shù)控機(jī)床（加工中心）；根據(jù)其主軸數(shù)量不同有單軸、2軸、4軸、6軸等；根據(jù)其外形結(jié)構(gòu)不同有門架式、龍門式、懸臂式、C型等。門架式懸臂式龍門式C型式門架式數(shù)控銑床龍門式數(shù)控鉆床懸臂式加工中心單軸（C型）雙軸四

2、軸六軸 CNC機(jī)床加工與普通木工機(jī)床加工相比較，有許多方面是相似的，但也有其自身的特點(diǎn)。 這些特點(diǎn)有好有壞，所以了解這些特點(diǎn)，對合理使用CNC機(jī)床，充分發(fā)揮CNC機(jī)床的效能是有益處的。 一、 CNC機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)l加工精度高加工精度高： 數(shù)控技術(shù)決定了CNC機(jī)床的加工精度較高。一般CNC機(jī)床定位精度為0.01、重復(fù)定位精度為0.005，且加工中不需操作者作中間修正，消除了人為誤差。l能加工復(fù)雜的型面能加工復(fù)雜的型面： CNC機(jī)床的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡是由加工程序決定的，因此只要能編出程序，同時(shí)選用合適的刀具，無論型面多么復(fù)雜的工件都能實(shí)現(xiàn)高效加工。l生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高： 由于CNC機(jī)床大多采用工序集中的

3、加工方式，一般只需一次裝夾工件，節(jié)省了大量的輔助時(shí)間。另外目前CNC機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)25000轉(zhuǎn)/分，X、Y軸的定位速度已達(dá)24m/min，Z軸定位速度9m/min，所以可實(shí)現(xiàn)快速定位。這些都可大大提高其生產(chǎn)效率。l可運(yùn)用現(xiàn)代管理技術(shù)可運(yùn)用現(xiàn)代管理技術(shù)： CNC機(jī)床加工工時(shí)是可以精確預(yù)計(jì)的，這有利于均衡生產(chǎn)，因而易于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與制造的即時(shí)化、并行化、網(wǎng)絡(luò)化。能實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)：目前CNC機(jī)床加工范圍不斷擴(kuò)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(chǎn)。如德國豪邁公司制造的實(shí)木門加工中心，正常情況每小時(shí)可生產(chǎn)數(shù)百件各類木質(zhì)門窗，尺寸形狀變化也很容易實(shí)現(xiàn)。 二、 CNC機(jī)床的問題l員工素質(zhì)

4、要求高員工素質(zhì)要求高： CNC機(jī)床對操作人員和相關(guān)設(shè)計(jì)人員要求較高。操作人員除掌握機(jī)械操作的相關(guān)知識(shí)外，還必須了解CAD/CAM；設(shè)計(jì)人員除熟悉設(shè)計(jì)方法、加工工藝外，還必須熟練掌握CAD/CAM。如員工素質(zhì)較低，則很難發(fā)揮機(jī)床效能。l設(shè)備復(fù)雜設(shè)備復(fù)雜：由于設(shè)備復(fù)雜系數(shù)高，所以維護(hù)、調(diào)試的難度相當(dāng)大，維護(hù)費(fèi)用也比普通機(jī)床高。l適用性受限制適用性受限制：當(dāng)制造批量很小且形狀較復(fù)雜的工件時(shí)，由于同樣需要高技術(shù)人員編寫程序，所以編程的工作量顯得大，很不經(jīng)濟(jì)。l小刀具不宜小刀具不宜：當(dāng)加工所用刀具直徑小于5mm時(shí)，由于刀具太小，線速度很低，對加工質(zhì)量有較大影響。 CNC機(jī)床的種類很多，不同用途的CNC機(jī)

5、床其結(jié)構(gòu)也不近相同。一般CNC機(jī)床其基本結(jié)構(gòu)包括：床身、工作臺(tái)及工件固定定位裝置、主軸及主傳動(dòng)系統(tǒng)、刀具庫及自動(dòng)換刀系統(tǒng)、微電子系統(tǒng)、輔助裝置等。 它與普通機(jī)床不同點(diǎn)主要是微電子系統(tǒng)、刀具庫、工件定位裝置等。 一、微電子系統(tǒng) 微電子系統(tǒng)即數(shù)字控制系統(tǒng)，它包括控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和接口裝置。l控制系統(tǒng)： 它是CNC機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工的核心，控制著機(jī)床的讀入、輸出、存貯、信息處理與計(jì)算、加工過程實(shí)時(shí)控制等。 其工作過程為：當(dāng)輸入加工信息后，經(jīng)處理和計(jì)算，發(fā)出相應(yīng)的脈沖給伺服系統(tǒng)，通過伺服系統(tǒng)使機(jī)床按設(shè)定的軌跡運(yùn)動(dòng)。常用的控制系統(tǒng)有幾十種，這些控制系統(tǒng)都非常便于操作和修改。 目前CNC機(jī)床一般由一臺(tái)微型

6、計(jì)算機(jī)作為控制硬件，再配以適當(dāng)?shù)碾娐窐?gòu)成控制裝置。l伺服系統(tǒng)： 它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，是控制系統(tǒng)與機(jī)床本體間電傳動(dòng)聯(lián)系環(huán)節(jié)。由速度控制裝置、位置控制裝置、驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)和相應(yīng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。其功能是接受控制系統(tǒng)輸出的指令脈沖信號(hào)，使機(jī)床的移動(dòng)部件作相應(yīng)的移動(dòng)，并對定位精度和移動(dòng)速度加以控制。 目前CNC機(jī)床的伺服系統(tǒng)中，常用的位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)有功率步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)，后兩種都帶有感應(yīng)同步器、光電編碼器等位置測量元件。l接口裝置接口裝置： 現(xiàn)代CNC機(jī)床通常采用的接口裝置有串行接口、DNC直接通信接口、數(shù)字系統(tǒng)直接通信接口。 串行接口具有上傳下達(dá)功能，結(jié)構(gòu)簡單；DNC除能完成上傳

7、下達(dá)程序外，還能與工廠總控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理的一體化；數(shù)字通信接口則可通過工廠局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成企業(yè)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。 二、刀具庫及自動(dòng)換刀系統(tǒng) CNC機(jī)床類型很多，加工工件的復(fù)雜程度也不一樣，簡單CNC機(jī)床大都采用人工換刀。而復(fù)雜的加工中心都具有銑、鉆、刨、直線鋸切等加工功能，因而需要的刀具種類、品種較多，所以大都有帶自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)的刀具庫。 刀具庫有轉(zhuǎn)盤式刀具庫轉(zhuǎn)盤式刀具庫和鏈?zhǔn)降毒邘戽準(zhǔn)降毒邘?。轉(zhuǎn)盤式刀具庫存貯812把刀，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)換刀；鏈?zhǔn)降毒邘炜纱尜A更多刀具，它是將刀具固定在一特殊鏈條上，通過鏈條運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)換刀。轉(zhuǎn)盤式刀具庫三、工件固定及定位裝置 CNC機(jī)床的工件固定目

8、前大都采用工作臺(tái)上可自由移動(dòng)的真空吸盤；而定位則有快移擋塊定快移擋塊定位、鐳射定位位、鐳射定位等。鐳射定位裝置 現(xiàn)在木工CNC機(jī)床的種類很多，盡管它們都有加工精度高、效率高、調(diào)刀快等諸多共性，但不同CNC機(jī)床的加工能力和加工特點(diǎn)還是各不相同的，再加上CNC機(jī)床技術(shù)含量高、價(jià)格昂貴，所以必須根據(jù)企業(yè)及產(chǎn)品的相關(guān)情況，合理選用CNC機(jī)床。 一、 選用CNC機(jī)床應(yīng)考慮的因素l加工范圍加工范圍： 企業(yè)產(chǎn)品和工件最大尺寸（長、寬、厚）應(yīng)在CNC機(jī)床最大加工范圍之內(nèi)。 當(dāng)多軸CNC機(jī)床聯(lián)動(dòng)同時(shí)加工多個(gè)工件時(shí)，各加工軸間距250，一般應(yīng)能滿足一次定位可加工更多工件。 加工范圍還要有一定的超前性，以滿足企業(yè)今

9、后產(chǎn)品變化的需要。l刀具庫刀具庫： 選擇CNC機(jī)床，并非刀具庫貯存的刀具越多越好。具體選擇時(shí)除考慮滿足加工所需的基本功能外，還應(yīng)考慮更換不同刀具的加工效率。l工作軸數(shù)量和種類工作軸數(shù)量和種類： CNC機(jī)床加工軸數(shù)量和種類，需根據(jù)工件加工的復(fù)雜程度及批量來選擇。 小批量可選單軸或雙軸（最好帶自動(dòng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)） CNC機(jī)床； 產(chǎn)品批量大、用刀多，可選34軸帶自動(dòng)換刀裝置的CNC機(jī)床； 產(chǎn)品批量大但用刀量少時(shí)，可選多軸不帶換刀裝置的CNC機(jī)床； 當(dāng)工件形狀很復(fù)雜且需雕刻時(shí)，可選帶Z軸旋轉(zhuǎn)功能的CNC機(jī)床。 這些選擇還要兼顧效率、成本等因素。 二、微電子系統(tǒng)的選擇 微電子系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、接口系統(tǒng)，選擇時(shí)最重要的是適合企業(yè)的實(shí)際需要。l控制系統(tǒng)： 目前CNC機(jī)床常用的數(shù)控系統(tǒng)有幾十種，選擇時(shí)應(yīng)考慮穩(wěn)定性、滿足使用的功能性、廣泛性； 另外還要考慮與企業(yè)的CAD/CAM軟件配套，因?yàn)楦鞣N控制系統(tǒng)的指令代碼都有差異，應(yīng)選擇CAD/CAM軟件自動(dòng)編譯代碼與CNC控制系統(tǒng)代碼一致。l伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)： 伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，選擇時(shí)主要考慮其穩(wěn)定性、靈敏度、分辨率和精度。 由于家具及木制品對加工精