木工刀具数字化制造技术及应用

木工刀具是木工易损件，这一特点决定了木工刀具行业的刀具生产具有持续性和供应稳定性。随着木工机械和家具制造业的数字术及快速发展，在对木工刀具需求稳定增长的化制同时对产品的质量也提出了更高的要求。目前，造技国内木工刀具生产企业大多采用人工方式或半自动化方式生产产品，应用这两种生产方式导致了产品质量不稳定、木工产量有限、刀具工人的数字术及劳动强度大等问题。为了更好地满足用户对木工刀具产品的化制供货速度快、质量稳定、造技价格便宜等方面的应用要求，自动化生产木工刀具已成为各中小企业当下最主要的木工任务。自动化生产不仅能极大地提高产量及机器的刀具使用率，减少劳动力，数字术及减少制造成本，而且还可以提高产品的制造精度及产品质量的稳定性［2］。

1木工刀具生产数字化的主要流程和技术要求

木工刀具数字化技术的主要流程如下：产品编码→CAD绘图，三维建模→数控编程→加工仿真→加工工艺→程序传输→自动送料装夹→自动对刀检测→自动砂轮修正→生产系统（程序及工艺管理）。

1.1木工刀具产品编码方法

木工刀具编码具有唯一性、一致性、间接性和可扩展性等特点。没有科学有效的刀具编码规范，会导致刀具在流转过程中不可跟踪及编码管理混乱，因此，木工刀具产品要实现数字化生产首先要解决的问题是刀具编码规则，没有编码规则就没有“共同语言”，如果描述刀具的方式不同就会导致错误频繁发生，所以刀具编码具有确定刀具身份的唯一性，规范刀具产品是数字化制造的基础条件，加工程序中的产品代号与分布是各工序中数字控制集成的关键，是实现木工刀具信息化管理的必要条件，同时也是对木工刀具进行生产周期管理的有效技术手段。

下面以浙江浪潮精密机械有限公司木工刀具产品编码为例，介绍刀具产品的编码方法，如图1所示。

刀具规格分数的换算方法以分母16为基准，分子换算，如:1/4换算成4/刀具规格编码方法中取分子前后不足三位取即040；又如15/32换算成32/16+7.5/16=39.5/编码方法中取分子3去掉小数点即395。如，06020804代表刀具名称为：圆角刀，规格为1/4X1/2的木工刀具产品。

图1刀具产品编码方法

1.2CAD绘图与三维建模

CAD在木工刀具行业应用已相当普及，通过对木工刀具的CAD建模，不仅可以对简单的产品进行绘制和管理，还可以对产品建立参数化三维实体模型，能够实现刀具的可视化设计，尤其是对螺旋木工刀具的形态、结构及装配过程等均可以清晰直观地显示。采用数控加工中心或数控工具磨床对木工刀具进行数控加工时，也可以直接对加工程序进行自动化编制及模拟加工，使刀具产品的二次设计更加直观可靠，能更好地控制制造的精度及质量。木工刀具三维建模设计效果图和二维CAD图分别如图图3所示。

图2木工刀具三维效果图

图3木工刀具二维CAD图

这种设计方法不但使绘制的图形更加生动形象、车间工人能够轻松地理解复杂的结构，而且绘制的三维实体模型使产品的改进研究更加方便，实现了二维变三维，三维转二维、参数化到变量化的技术飞跃。

1.3数控编程、加工仿真及加工工艺的确认

CAM（计算机辅助制造）模块即所谓数控模块，一般情况下，CAM模块从绘图软件中提取产品的模型和参数，根据绘制图纸的各个参数要求建立数据模型，生成机床可以识别的数控代码来控制机床加工工具的运行轨迹。对于几何形状复杂的零件需借助计算机且采用规定的数控语言编写零件源程序，经过处理后生成加工程序，这种自动编程技术已经成熟。在正确提取参数后再对产品的加工进行仿真，查看有无过切、碰撞、干涉等情况发生；查证走刀的轨迹是否按照预定的路线，先后顺序有无差错，加工的生产周期是否符合标准，以避免在加工时出现严重的错误导致产品加工精度不合格或报废。图4所示为木工刀具模拟仿真效果图。

图4木工刀具模拟仿真效果

由于木工刀具产品和加工刀具及砂轮的形状比较复杂，所以在木工刀具数字化的加工过程中，图像图形模拟仿真将直接影响实际加工效果。通过产品的仿真可对其加工工艺进行分析，以确定原先制定的加工工艺是否符合实际生产情况，最后确定最终的加工工艺流程［4］。

1.4程序传输

目前，数控程序传输呈现多样化，可以通过USB接口、网络、蓝牙、传输软件、U盘、集成线路等多种方式进行传输。结合实际生产现状，在保留USB接口传输方式的基础上，建立了设备网络化管理系统。设备网络化管理系统能将CAD和CAM紧密地结合在一起，大大缩短了设备之间的程序准备时间和传输时间，可准确快速地实现程序传输，提高设备的生产效率，缩短生产周期。这种传输方式具有优越的参数化设计、变量化设计及特征造型技术与传统的实体和曲面造型功能结合在一起的特点，加工方式完备，计算准确，实用性强，可以实现2轴到5轴的联动方式来加工复杂工件的表面。图5为木工刀具生产加工系统，图6为木工刀具自动化生产中的自动上料系统。

1.5自动化检测及在线自动修正技术

自动化检测在测量和检测过程中无需人为干涉，可自动进行测量和验证。在自动检测过程中，自动检测系统可将检测的数值显示出来，并将这个数值与设定值进行对比，根据差值自动作出控制决策，使得加工出来的产品符合要求，图7所示为木工刀具模拟自动检测系统。

图5木工刀具生产加工系统

图6自动上料系统

图7木工刀具模拟自动检测系统

自动检测装置检测到的参数符合设定值时机器将正常运行，并输出偏差值；当偏差的参数超过一定量时，机器将根据偏差给出砂轮在线修正指令，实现砂轮修正，并以显示的方式告知执行人员。待砂轮修正完成后机器继续工作，如此循环即实现了产品的自动化生产。

在企业中建立一个针对机床设备、产品参数、加工问题的解决以及销售情况等各种事项的数据记录和管理系统是一个庞大的工程，需要完成所有物料的出入明细、加工工序的负责人，以及完成的时间、产品的产量、产品的改进、设备工装夹具零件的制备图、产品的合格率、返修记录等各个环节的详细记载；该系统还应查阅、修改方便，运行流畅。图8所示为浙江浪潮精密机械有限公司目前所采用的生产EPR系统界面之一。

图8EPR系统界面

2结束语

木工刀具产品种类繁多且结构复杂，既具有共同的生产特性，又具有各自的工艺特点，三维建模和加工工艺及模拟仿真是木工刀具产品数字化制造的核心技术。木工刀具产品加工工艺是其实现数字化生产的难点，木工刀具数字化制造技术发展需要与产品编码、基础原料建设，产品三维建模、模拟仿真、加工制造等方面紧密衔接，需要经过长时间的自主研究和工程实践，绝非引入几套设备及软件就能实现木工刀具产品数字化制造。与传统木工刀具制造技术相比，数字化木工刀具制造技术具有开发周和生产周期短、生产成本低、产品质量好等特点，可实现新产品的快速开发，提高企业的市场竞争能力。