木工車床的定義和分類
全自動木工車床,主要由床身、尾座、刀架、床頭箱、主軸、卡盤、電機、變速傳動裝置所構成,通過車刀對旋轉工件的表面進行車削加工,其廣泛應用于家具制造、建筑裝飾、工藝品生產等領域。
木工車床分為普通木工車床、仿形木工車床和數控木工車床等。普通木工車床工件裝夾在卡盤內,或支承在主軸及尾架兩頂尖之間作旋轉運動(如圖1示)。車刀裝在刀架上,由溜板箱帶動作縱向或橫向進給運動,也可手持車刀靠在托架上進給。普通木工車床用于車削外圓、車削端面、切槽和鏜孔等。仿形木工車床靠模與工件平行安裝,靠模可固定不動或與工件同向等速旋轉。刀具由靠模控制作橫向進給,由刀架帶動作縱向進給。仿形木工機床有立式與臥式、單軸和多軸之分,用于加工家具的香爐腿、步槍槍托等復雜外形面(如圖2示)。
數控木工車床以數控系統控制不同車刀(橫坯刀和豎坯刀)的運行軌跡,只需將產品的形狀、尺寸等參數輸入數控系統中,無需更換車刀,無需頻繁的調試,按照設計圖紙自動加工木料。
數控技術在數控木工機床木樓梯扶手加工機器上的發展
數控木工機床是在金屬數控機床技術的基礎上發展起來的,但木材的特性決定了木工數控加工技術比金屬數控加工技術更為復雜。木材特有的性質體現在以下幾個方面;(1)木材各向異性,不同方向切削阻力不同,切削表面質量差異大;(2)木材切削阻力小,切削速度高,進給速度相對較高,耗能較小,結構輕;(3)木材的一次切削量大,多使用成型刀,通過少量切削次數可以加工出形狀復雜、光滑、美觀的表面;(4)由于木材容易吸水,含水率不同切削性能也不同,且切削中不能使用冷卻液冷卻;(5)切削中的粉塵和切屑重量小,容易彌漫到空氣中,需要設計切屑和粉塵防護裝置;(6)轉速大,噪聲大,對機床的動態性能要求高。上世紀6O年代后期,日本的莊田公司首先在木材加工機械裝備上應用數控技術,生產出數控鏤銑機。后來,德國、意大利、美國等西方國家的木工設備制造廠應用機電一體化技術,相繼推出了各種先進的木工機床。1982年,英國的威德金(wadkin)公司開發了CNC加工中心機和CNC鏤銑。意大利的SCM公司相繼開發出木工機床柔性制造系統SystemI、SystemlISystemlII,此時數控技術在木材加工機械上的應用開始普及。數控木工機床和加工中心在家具及木制品行業中已成為集高技術含量和高附加值于一體的先進裝備,主要有德國的MAKA及HOMAG旗下的BREVET.TATO,意大利的PAOLINOBACCI。BALESTRI—NI、COSMEC、PADESCM集團的CMS和ROUTECH等,美國的DMI、NORTHWOOD及THERMWOOD和日本的SHODA(莊田鐵工株式會社)等,自動化、高速化、數控化和柔性化已成為國際木工機床發展的主要趨勢。
數控技術在木工車床上的應用
仿形木工車床相對于普通木工車床的手動單條裝料,可以對同一規格的產品進行批量化的生產,生產效率有了明顯的提高。但生產不同形狀與尺寸產品的時候,需要更換相應的仿形刀具,這使仿形木工車床存在靈活性低、調節頻繁等問題。而數控技術在木工車床上的應用,極大地提高了產品的生產效率和加工精度。數控技術在木工車床上的應用,主要體現以下幾方面。
(1)以數控金屬切削車床為藍本,設置木工車床數控系統參照數控金屬切削車床的數控系統技術,設置木工車床數控系統(如圖3所示),將產品的規格和尺寸參數轉化為絲桿旋轉裝置伺服電機、橫絲桿伺服電機和豎絲桿伺服電機的步進,通過服電機控制車刀沿x、Y、z軸三個方向的運動(如圖4所示)。將橫坯刀的運動軌跡轉化為x、Y兩個方向運動軌跡,將豎坯刀的運動軌跡轉化為x、z兩個方向運動軌跡,對木材從兩個方向進行精加工,不但提高了加工效率,而且提高了加工精度。
(2)設置適合木材加工的數控編程與工藝數據庫傳統木工車床加工木料主要依靠技術人員,憑借工作經驗對不同木材進行加工。但加工人員技術水平不一,造成加工產品的質量差距較大、生產效率較低等問題。數控木工車床可根據木制品材料的特性:如各向異性、切削阻力小、切削速度高、一次切削量大、多使用成型刀、含水率不同、不能使用冷卻液冷卻等,采用加工過程仿真與試驗研究相結合的方法,研究不同的切削參數對切削力、切削振動和噪聲以及加工質量的影響規律,設置專用回轉曲面木工車削工藝數據庫。在機床設置接口與計算機相連接,通過圖形軟件的轉換,生成數控程序。數控編程與車削工藝數據庫相結合,使得產品在生產效率和加工精度上得到很好的改善。
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