隨著數(shù)控技術(shù)的成熟及廣泛應(yīng)用，數(shù)控雕刻機(jī)在家具雕刻生產(chǎn)中的應(yīng)用也越來(lái)越普遍。利用數(shù)控雕刻機(jī)制作雕刻件，生產(chǎn)速度快、精度高’可實(shí)現(xiàn)大部分實(shí)木雕刻或板面銑型作業(yè)，而且能保留實(shí)木材料的天然色澤、紋理和質(zhì)感，是代替手工雕刻的首選方法。
 

市場(chǎng)上數(shù)控雕刻機(jī)的類型很多，按用途可分為平面雕刻機(jī)、立體雕刻和專用圓柱雕刻機(jī);按結(jié)構(gòu)形式分可分為龍門工作臺(tái)移動(dòng)結(jié)構(gòu)、龍門移動(dòng)結(jié)構(gòu)、單臂十字滑臺(tái)結(jié)構(gòu)等;按動(dòng)力頭數(shù)量可分為單軸、雙軸以及多軸；按銑削動(dòng)力形式可分為普通雕刻機(jī)和激光雕刻機(jī)等。
 

市場(chǎng)上平面雕刻機(jī)的種類最多,一般來(lái)說(shuō)，單軸或雙軸工作范圍大,主要用于木門、櫥柜、板式家具等大幅面零部件雕銑作業(yè);而多軸則主要用于實(shí)木雕刻,一次可加工多件相同圖案的雕刻件。平面雕刻機(jī)多為龍門結(jié)構(gòu)，XY坐標(biāo)行程取決于臺(tái)面大小及主軸數(shù)量,Z軸行程通常為100~200mm，加工精度可達(dá)0.05mm。主軸功率為2.2~5.5kW,轉(zhuǎn)速一般為6000-24000r/min且可無(wú)級(jí)調(diào)速，可裝夾3、4、6mm以及12.7mm等不同直徑的柄銑刀，有些甚至還配有自動(dòng)換刀系統(tǒng)。常用的木工雕刻用銑刀為各種平底尖刀、中心尖刀、直刀甚至成型銑刀,它們各有優(yōu)缺點(diǎn)和相應(yīng)的適用范圍，以適應(yīng)不同類型的雕刻作業(yè)。

和手工雕刻一樣，用于數(shù)控雕刻的工件應(yīng)該先通過(guò)其他設(shè)備銑削加工成大致的輪廓，然后按要求定位在數(shù)控雕刻機(jī)床上，并調(diào)整好坐標(biāo)位置并固定。CNC雕刻作業(yè)時(shí)可根據(jù)待加工雕刻圖案的不同，設(shè)置不同的運(yùn)動(dòng)方式:一種是與普通的CNC銑床相同，利用直刀或相應(yīng)的型刀按照?qǐng)D案的路徑進(jìn)行表面雕銑作業(yè)，這種作業(yè)方式主要適用于簡(jiǎn)單的線形圖案或裝飾槽的銑削加工。另一種是普通的雕刻作業(yè)，工件在臺(tái)面沿Y軸放置，并與刀軸居中對(duì)齊(或鏡向?qū)�齊），如圖1(a)所示，利用平底尖刀或中心尖刀進(jìn)行掃描式逐行雕銑,即刀架(或臺(tái)面)在Y軸上作間歇步進(jìn)運(yùn)動(dòng),刀具左右(X軸）擺動(dòng)并根據(jù)雕刻的深度控制刀具的伸出量(Z軸），逐行依次循環(huán)完成整個(gè)工件的雕刻，如圖1(b)所示。平面雕刻機(jī)主要適合雕刻深度不大的二維工件，對(duì)于桌腿等兩面都有雕刻的零部件，可將工件翻轉(zhuǎn)90°進(jìn)行兩面雕刻來(lái)實(shí)現(xiàn)立體雕刻。
 

與平面雕刻機(jī)不同，三維立體雕刻機(jī)的工件裝夾方式與車床類似，工件被夾緊后可隨夾緊軸旋轉(zhuǎn)，刀軸(或臺(tái)面）沿工件軸向（Y軸）移動(dòng)，刀具的伸出量(Z軸)根據(jù)雕刻半徑自動(dòng)控制，從而實(shí)現(xiàn)立體雕刻，這類雕刻機(jī)多設(shè)計(jì)成多軸，以提高工作效率,如圖2所示。也有專門針對(duì)尺寸較大的圓柱工件(如餐桌立柱、佛像等)而設(shè)計(jì)的單軸立體雕刻機(jī)，如圖3所示。
 

待雕刻零件應(yīng)事先加工成木方，圓柱形零件，還應(yīng)先用車床車制成零件毛坯，并留取相應(yīng)的雕刻余量，然后按要求定位裝夾在卡軸之間。立體雕刻機(jī)有兩種基本的雕刻作業(yè)方式：一種是刀具沿工件的軸向作間歇步進(jìn)運(yùn)動(dòng),工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)完成切削，這是立體雕刻最常用的作業(yè)方式，可以得到精細(xì)度較高的雕刻效果,如圖4(a)所示,•另一種是工件在夾緊軸上做間歇旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),通過(guò)刀具的軸向移動(dòng)完成切削，相比之下，這種雕刻作業(yè)方式效率較高，經(jīng)常用于雕刻精度要求不高的工件,或者用于對(duì)復(fù)雜雕刻件的毛坯預(yù)雕銑，以減少后續(xù)進(jìn)一步雕刻的吃刀量，如圖4(b)所示。
 

 

隨著激光技術(shù)的發(fā)展，激光雕刻機(jī)在木工雕刻中的應(yīng)用也越來(lái)越多。激光雕刻的原理就如同打印機(jī)一樣,通過(guò)高能激光點(diǎn)陣在木材上刻蝕出所需的圖案，雕刻的深度可通過(guò)激光強(qiáng)度及雕刻速度來(lái)調(diào)節(jié)，雕刻的表面質(zhì)量取決于激光束光斑的大小。激光雕刻操作方便，可兼容各種圖形軟件（如AutoCAD、CorelDraw、Photoshop等）;而且激光雕刻屬于非接觸式雕刻，減少工件受刀具銑削產(chǎn)生形變的影響，被雕刻表面光滑圓潤(rùn),精度高，生產(chǎn)效率高;而且激光雕刻時(shí)光斑小，密度大，控制方便,可實(shí)現(xiàn)非常精細(xì)和復(fù)雜的雕刻作業(yè)。但激光雕刻機(jī)通常只能做二維雕刻，即要求待加工表面為平面或相對(duì)規(guī)則回轉(zhuǎn)體表面，而且激光雕刻的工件

4立體雕刻
 

數(shù)控雕刻技術(shù)在家具生產(chǎn)中的應(yīng)用——劉培義表面可能會(huì)有燒焦的痕跡，影響涂裝效果，因而在家具生產(chǎn)中受到一定的限制，主要用于平面雕刻、板面銘牌制作、腳柱雕刻等。圖5所示為常見(jiàn)的激光雕刻機(jī)及工作場(chǎng)景。

4三維立體掃描儀

數(shù)控雕刻作業(yè)的關(guān)鍵步驟是雕刻圖案繪制和CNC編程，簡(jiǎn)單的圖案可通過(guò)AutoCAD軟件直接繪制，但復(fù)雜的雕刻圖案很難通過(guò)繪圖軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，這時(shí)通常要先用手工雕刻的方式制作雕刻樣品，然后用三維掃描儀將樣品數(shù)據(jù)錄人到電腦系統(tǒng)，轉(zhuǎn)化為三維數(shù)據(jù)模型。

三維掃描儀可分為接觸式和非接觸式兩類，非接觸式又分為激光掃描式和照相式兩類，激光掃描式多用于平面雕刻機(jī)，照相式則多用于立體雕刻。激光掃描式是由掃描儀發(fā)出一束激光束(或光帶)照射到被測(cè)量物體表面并在被測(cè)量物體上移動(dòng)，利用數(shù)碼相機(jī)接收其反射光束，獲得與拍攝物點(diǎn)之間的距離，從而采集出物體的表面形狀數(shù)據(jù)。激光三維掃描儀大多安裝在平面雕刻機(jī)的動(dòng)力頭上(如圖6所示），通過(guò)動(dòng)力頭的移動(dòng)來(lái)完成掃描，工作時(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)掃描儀的測(cè)量精度和動(dòng)力頭的移動(dòng)速度來(lái)獲得不同的掃描效果，一般來(lái)說(shuō)，工件表面雕刻越精細(xì)，激光掃描儀的精度設(shè)置應(yīng)越高,掃描時(shí)的移動(dòng)速度也應(yīng)越慢，以便獲得更為精細(xì)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。由于掃描時(shí)多為平面移動(dòng)方式,因而該類型掃描儀主要適用于平面型工件的掃描。

 

照相式掃描儀則類似于照相機(jī)對(duì)視野內(nèi)的物體進(jìn)行照相,不同的是照相機(jī)攝取的是物體的二維圖像，而掃描儀獲得的是物體的三維信息。它通過(guò)光柵發(fā)射器投射一系列光柵條紋到物體表面，經(jīng)過(guò)物體表面發(fā)生變形，然后借助兩個(gè)數(shù)碼相機(jī)對(duì)光柵干涉條紋進(jìn)行拍照,利用光學(xué)拍照定位技術(shù)和光柵測(cè)量原理,獲得工件表面的完整點(diǎn)云，基于標(biāo)記點(diǎn)拼接或者特征拼接，可以得到物體360°各個(gè)方位的數(shù)據(jù)，因而照相式掃描儀更適合立體或放置體工件的掃描。照相式三維掃描儀可做成固定式和手持式(如圖7所示），整體上價(jià)格較激光掃描儀要高。

 

經(jīng)三維掃描得到的數(shù)據(jù)為點(diǎn)云數(shù)據(jù),需要經(jīng)過(guò)噪聲除去、多視對(duì)齊、數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)和曲面重構(gòu)等步驟來(lái)獲得樣品的三維模型。模型數(shù)據(jù)經(jīng)專用的軟件處理后可導(dǎo)人到CAD或CAM等軟件進(jìn)行后續(xù)編輯處理，設(shè)定刀具運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)而生成數(shù)控雕刻機(jī)可識(shí)別的NC代碼。
 

 

影響數(shù)控雕刻作業(yè)效率的兩個(gè)重要指標(biāo)是加工速度和進(jìn)給速度(也叫步進(jìn)距離或吃刀量）:加工速度指刀具加工過(guò)程的移動(dòng)速度(一般為4~15m/min),主要取決于刀軸動(dòng)力的大小、木材的硬度、切削深度及刀具的直徑;而進(jìn)給速度指間歇運(yùn)動(dòng)時(shí)每次的行程距離(一般為0.05~0.5mm)，主要取決于刀具的直徑、雕花的復(fù)雜程度及雕刻表面精度要求。一般來(lái)說(shuō)，刀具類型及直徑應(yīng)根據(jù)雕花線條粗細(xì)及復(fù)雜程度來(lái)選用，刀具直徑越小、端部越尖越能適應(yīng)復(fù)雜的雕刻工作，但效率也會(huì)越低。刀具選定后，刀軸動(dòng)力越大、木材硬度越低、切削深度越淺則加工速度可提高;而進(jìn)給速度越大’則一次性雕銑量越大，加工效率越高’但工件的表面越粗糙，后續(xù)砂光作業(yè)的工作量也越大。

數(shù)控雕刻作業(yè)主要是靠小直徑的刀具沿指定路徑將木材表面銑削成所需的形狀，每次銑削量通常不足0.5mm，因而實(shí)際上數(shù)控雕刻的生產(chǎn)效率并不高，通常一根800mmx100mm左右工件，正常雕刻作業(yè)也要l~2h，而且生產(chǎn)過(guò)程中如果吃削量過(guò)大也容易斷刀或出現(xiàn)廢品。一般來(lái)說(shuō),刀具的直徑(刀尖角度)及步進(jìn)距離要根據(jù)雕刻制品本身的精細(xì)程度及雕刻制品的質(zhì)量要求來(lái)確定，在保證質(zhì)量的情況下應(yīng)盡可能選用大直徑的雕刻刀具。在實(shí)際生產(chǎn)中，為提高雕刻作業(yè)的生產(chǎn)效率,通�？蓮膬蓚�(gè)方面來(lái)考慮：一是將工件上大面積需要鏟削的部分，可通過(guò)手工雕刻的方式來(lái)輔助完成;另一種是在正式雕刻作業(yè)前，在雕刻機(jī)上裝上大直徑的平底直刀對(duì)工件毛坯進(jìn)行初步雕銑，形成相對(duì)精確的雕刻毛坯，這樣精雕時(shí)的吃刀深度小，因而可以提高雕刻時(shí)的加工速度。只有發(fā)揮手工雕刻和機(jī)械雕刻、尖刀和直刀各自的優(yōu)勢(shì)，才可發(fā)揮雕刻設(shè)備的最大效能。

經(jīng)機(jī)械雕刻后得到的工件表面，通常并未達(dá)到產(chǎn)品的質(zhì)量要求和涂裝要求，需要進(jìn)一步的砂光處理。實(shí)際生產(chǎn)中可用粽砂、八瓣砂等軟質(zhì)砂光設(shè)備來(lái)輔助砂光，以提高砂光效率，對(duì)于有些雕刻精度要求不高的精雕零部件,甚至可以只雕出大致的輪廓，然后直接用機(jī)械砂光設(shè)備來(lái)代替部分手工雕刻和修磨作業(yè)。當(dāng)然，對(duì)于精細(xì)的雕刻工件，還是要求用手工進(jìn)行仔細(xì)地修磨處理。

簡(jiǎn)單的說(shuō),完整的CNC雕刻作業(yè)過(guò)程可分為樣品制備-->三維掃描-->建立雕刻模型-->生成刀具軌跡-->板坯制備-->板坯裝夾定位-->雕刻機(jī)自動(dòng)雕刻-->后期修整及砂光處理等幾個(gè)步驟。