李杰玲， 沈佳龍， 劉 璐， 周純潔， 張海霞， 劉鑫榮

(吉林省林業(yè)科學(xué)研究院， 吉林 長(zhǎng)春 130033)

傳統(tǒng)手工雕刻由于一致性差，效率低下，無(wú)法滿足市場(chǎng)環(huán)境需求，逐步被數(shù)控雕刻所取代。數(shù)控雕刻的木材工藝品，圖案精美且精準(zhǔn)統(tǒng)一[1]，節(jié)省人工成本的同時(shí)顯著提高了生產(chǎn)效率。但機(jī)器雕刻同樣存在弊端，加工過(guò)程中削切刀具、木材材性以及雕刻工藝參數(shù)等均可影響木制品表面平整度[2]，為后續(xù)的加工帶來(lái)難度。由于高密度纖維板材質(zhì)較松軟，均勻，易于操作且經(jīng)濟(jì)實(shí)用，本文選用高密度纖維板作為試驗(yàn)板材，來(lái)探究數(shù)控雕刻工藝對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，尋求最佳工藝，以期為數(shù)控雕刻在高密度纖維板上應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 材料與設(shè)備

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

雕刻機(jī)：金卡旗艦1060。

刀具：錐度尖刀，高度3 cm，刀尖0.3 mm，刀柄長(zhǎng)度6 mm，錐度50°。

制圖軟件：北京精雕軟件3.5。

1.2 試驗(yàn)材料

選用高密度纖維板作為試驗(yàn)材料，試件尺寸：150 mm×150 mm×14 mm。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)步驟

(1)使用北京精雕軟件3.5繪制圖紙，生成NC格式文件，圖1為雕刻樣品。

圖1 雕刻樣品

(2)將NC文件導(dǎo)入設(shè)備，刀頭與板材表面呈90°，以一定的工藝參數(shù)(如主軸轉(zhuǎn)速、加工速度等)在數(shù)控機(jī)床上對(duì)樣品進(jìn)行加工。

2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

針對(duì)雕刻工藝參數(shù)，采用正交試驗(yàn)考察雕刻過(guò)程中機(jī)器的主軸轉(zhuǎn)速、路徑間距以及加工速度對(duì)木質(zhì)工藝品質(zhì)量影響，尋求一套較優(yōu)的加工工藝。L9(33)正交試驗(yàn)的因素水平見表1。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

2.3 質(zhì)量評(píng)價(jià)

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，樣品機(jī)雕后或多或少會(huì)有毛屑存在，根據(jù)后續(xù)手工磨砂所消耗的時(shí)長(zhǎng)對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定[3]。

3 結(jié)果與分析

為探究機(jī)器的主軸轉(zhuǎn)速、路徑間距以及加工速度對(duì)木質(zhì)工藝品質(zhì)量影響，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)獲得較優(yōu)的木工數(shù)雕工藝參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果見表2，試驗(yàn)各因素各水平對(duì)應(yīng)的打磨時(shí)間平均值見表3，正交試驗(yàn)方差分析結(jié)果見表4。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及雕刻質(zhì)量結(jié)果

表3 試驗(yàn)各因素各水平對(duì)應(yīng)的打磨時(shí)間平均值

表4 正交試驗(yàn)方差分析

從表3中可以看出，最優(yōu)雕刻工藝參數(shù)為：路徑間距為0.20 mm，主軸轉(zhuǎn)速為24 000 r·min-1，加工速度為6 000 mm·min-1。

從表4中可以看出，在該試驗(yàn)水平范圍內(nèi)，路徑間距和加工速度對(duì)木制工藝品質(zhì)量影響非常顯著。3個(gè)因素的主次順序?yàn)椋郝窂介g距>加工速度>主軸轉(zhuǎn)速。

從表3中可以看出，隨著路徑間距的增加，打磨時(shí)間呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢(shì)。當(dāng)路徑間距為0.2 mm時(shí)產(chǎn)品表面平整度達(dá)到較好的狀態(tài)，后續(xù)打磨用時(shí)最短。當(dāng)路徑間距增大到0.25 mm時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量反而降低。路徑間距越小，路徑重疊率越大，表面雕刻質(zhì)量越好[4]。但本試驗(yàn)是以高密度纖維板作為原料，由于其硬度較低，過(guò)小的間距反而會(huì)影響雕刻質(zhì)量。并且路徑間距過(guò)小，也大大增加了生產(chǎn)時(shí)長(zhǎng)，降低生產(chǎn)效率。

加工速度就是通過(guò)調(diào)整設(shè)備的進(jìn)給率來(lái)控制刀具對(duì)樣品的切削速度，即刀具隨主軸高速旋轉(zhuǎn)，按預(yù)設(shè)的刀具路徑向前切削的速度[5]。從表3中可以看出，后續(xù)打磨加工的時(shí)間隨著加工速度的增加逐漸少，適當(dāng)?shù)卦黾蛹庸に俣炔粌H可以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，同時(shí)也可以提升產(chǎn)品質(zhì)量。但進(jìn)給率增加應(yīng)該適度，一旦速度過(guò)快會(huì)產(chǎn)生刀具崩斷的現(xiàn)象，產(chǎn)生危險(xiǎn)。為避免刀具崩斷的產(chǎn)生，在加工過(guò)程中加工速度要循序漸進(jìn)增加。

隨著主軸轉(zhuǎn)速的變化打磨時(shí)間基本持平，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到24 000 r·min-1時(shí)，后續(xù)打磨用時(shí)相對(duì)較短。主要是由于主軸轉(zhuǎn)速增加導(dǎo)致平均切削量減小，沖擊載荷減少，產(chǎn)生的振動(dòng)減小，從而提升表面平整度[6]。若雕刻機(jī)主軸轉(zhuǎn)速過(guò)高，可能會(huì)導(dǎo)致木制品受熱變形、燒焦或產(chǎn)生黑邊，對(duì)后期打磨帶來(lái)難度。并且過(guò)快的轉(zhuǎn)速對(duì)刀具的磨損很大，縮短刀具壽命。

綜上所述，合理調(diào)控雕刻機(jī)工藝參數(shù)，可有效提高木制工藝品質(zhì)量，減少后續(xù)加工時(shí)間，提高企業(yè)生產(chǎn)效率。在高密度纖維板生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生很多的廢棄邊角余料，將本技術(shù)應(yīng)用到此方面可提高廢料板材的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，進(jìn)而提高產(chǎn)品附加值。

4 結(jié)論

通過(guò)上述試驗(yàn)得出以下結(jié)論：

(1)在該試驗(yàn)水平范圍內(nèi)，路徑間距和加工速度對(duì)木制工藝品質(zhì)量有著非常顯著影響。3個(gè)因素的主次順序?yàn)椋郝窂介g距>加工速度>主軸轉(zhuǎn)速。

(2)最優(yōu)雕刻工藝參數(shù)為：路徑間距為0.20 mm，主軸轉(zhuǎn)速為24 000 r·min-1，加工速度為6 000 mm·min-1。