數控加工設備及加工方法與製造工藝
2023-11-06 07:07:02
本發明涉及板材的數控加工設備和加工方法，具體而言，涉及一種刀模板的加工設備和加工方法。
背景技術：
目前市場上的刀模主要有木板刀模、塑料刀模、鐵質或鋁製刀模、亞克力刀模等等，但是最主要的刀模是木板刀模。木板刀模即是在一定厚度的木板上依模切刀片的尺寸開一條裝刀縫，再將刀片插入其中，刀模板上裝刀的切縫寬度要適應模切刀的寬度，切縫壁兩邊和刀片緊密配合一致，達到固定模切刀的作用。由於模切刀片厚度為0.45mm、0.53mm、0.71mm等，而產業中所用的木板的厚度一般為10～18mm左右，其中以18mm為最常用厚度。同時，用於加工刀模板的機械刀具直徑太小且其刃長有限制，所以一般情況下，用機械刀具加工刀模板的有效厚度只能達到3mm～5mm左右。這樣，採用機械刀具來加工現有結構的刀模板，在刀模板的有效加工厚度上有很大的局限性。由於上述採用機械刀具加工刀模板的局限性，當前市場上通常使用雷射機進行切割加工。刀模板的雷射切割就是在單層木板上用雷射燒出一條縫，用於插入模切刀片。然而，如果採用雷射加工裝刀縫，在雷射切割時會產生高溫，造成裝刀縫兩側的刀模板材料發生碳化，經過使用或者換刀後碳化部分容易發生脫落，造成裝刀縫變寬而刀片鬆動；雷射的發散性以及環境因素(如溫度、溼度)對於雷射切割的影響，也使得裝刀縫的寬度加工精度不易控制；雷射切割會造成有毒氣體和物質的釋放，不利於環保，也會消耗大量的能源；此外，雷射切割機的價格也比較高。目前，也存在用電動線鋸加工板材的方式。具體而言，將鋸條固定在上下往返運動的聯動裝置上，鋸條只做上下運動，前後左右的位置是固定不動的，需要人手推動加工板進行切割。一般先在木板上把需要的圖案畫出來，或者把圖案畫在紙上，然後把紙貼在木板上；之後，從板材邊緣開始鋸，由人手推動木板沿著畫的線條進行前後左右平移運動，從而使鋸條沿著這些線條相對運動，實現對板材的切割加工。如果需要在板材上挖出或者掏出預定形狀或者圖像，首先，在木板上穿孔，把線鋸鋸條從木板上穿過去，然後上下兩頭進行固定，並通過聯動裝置形成整體固定且聯動的電動鋸；整個電動鋸在電機的帶動下進行上下往復運動，達到鋸斷木板的作用；人手推動木板沿著畫的線條進行前後左右平移運動，實現對板材的加工。如果以上述方式來加工刀模板，若採用第一種方式，即從木板邊緣開始鋸，則刀模板四周邊緣因鋸加工會產生斷裂縫隙，影響刀模板的平整性和持久性；若採用第二種方式，完成一條從起點到終點的刀縫後，需要暫停來取出鋸條，再重新鑽孔，重新穿鋸條進行切割，工序繁瑣，浪費時間。此外，上述線鋸加工方式，是由人工推動木板來實現的，因此其切割位置精度不高，不同人做的效果差異也很大。
技術實現要素：
根據本發明的一方面，本發明提供了一種數控加工方法，其包括以下步驟：將加工對象固定在數控加工設備的加工對象固定裝置上；將對加工對象進行加工的線性鋸的一端安裝在數控加工設備的一個工具頭上；將工具頭與至少一個電機連接；電機包括：振動電機，平移電機；振動電機驅動工具頭，帶動線性鋸沿該線性鋸的線性延伸方向進行運動；平移電機驅動工具頭，帶動線性鋸，在垂直於線性鋸線性延伸方向的平面內進行平移運動和/或在線性鋸線性延伸方向上進行平移運動；工具頭在至少一個電機的驅動下，帶動線性鋸沿線性鋸線性延伸方向進行運動，和/或在垂直於線性鋸線性延伸方向的平面內進行平移運動，以對加工對象進行加工。根據本發明實施例的數控加工方法，可選地，電機包括，旋轉電機；方法進一步包括：旋轉電機驅動工具頭帶動的線性鋸，在加工對象上以與線性鋸的線性延伸方向平行的軸線為軸進行旋轉運動。根據本發明實施例的數控加工方法，可選地，平移電機包括：X軸平移電機、Y軸平移電機、Z軸平移電機；X軸平移電機，用於驅動工具頭帶動線性鋸在X軸方向平移；Y軸平移電機，用於驅動工具頭帶動線性鋸在Y軸方向平移；Z軸平移電機，用於驅動工具頭帶動線性鋸在Z軸方向平移。根據本發明實施例的數控加工方法，可選地，電機包括：兩個X軸平移電機；一個Y軸平移電機；一個Z軸平移電機；一個旋轉電機；一個振動電機。根據本發明實施例的數控加工方法，可選地，沿線性鋸線性延伸方向進行運動包括，單向運動或雙嚮往返運動。根據本發明實施例的數控加工方法，可選地，方法進一步包括：加工對象的加工面是平面，加工對象固定不動；線性鋸在加工對象上運動時，線性鋸與加工對象的加工面保持垂直。根據本發明實施例的數控加工方法，可選地，方法進一步包括：加工對象的加工面是曲面，加工對象固定不動；工具頭以曲面的中心軸為軸，帶動線性鋸沿曲面的切線方向進行運動；線性鋸與中心軸保持垂直進行運動。根據本發明實施例的數控加工方法，可選地，方法進一步包括：加工對象的加工面是曲面，固定在數控設備上的加工對象能夠以曲面中心軸為軸沿曲面切線進行運動；工具頭沿X、Y和/或Z方向帶動線性鋸進行平移運動；線性鋸與中心軸保持垂直進行運動。根據本發明實施例的數控加工方法，可選地，電機還包括：加工對象旋轉電機；方法進一步包括：使用加工對象旋轉電機控制加工對象固定裝置的旋轉，使安裝在其上的曲面加工對象的曲面的中心軸與線性鋸保持垂直。根據本發明實施例的數控加工方法，可選地，工具頭在至少一個電機的驅動下，帶動線性鋸沿線性鋸線性延伸方向進行運動，和/或在垂直於線性鋸線性延伸方向的平面內進行平移運動的步驟之前，還包括，使用圓盤鋸工具頭對直線條的刀縫進行預加工。根據本發明實施例的數控加工方法，可選地，數控加工設備還包括一個或多個穿孔裝置，方法進一步包括，將穿孔裝置固定安裝在工具頭上；工具頭帶動穿孔裝置移動；穿孔裝置在加工對象上加工孔位；或者，工具頭抓取需要的穿孔裝置；工具頭帶動穿孔裝置移動；穿孔裝置在加工對象上加工孔位。根據本發明實施例的數控加工方法，可選地，工具頭在至少一個電機的驅動下，帶動線性鋸沿線性鋸線性延伸方向進行運動，和/或在垂直於線性鋸線性延伸方向的平面內進行平移運動的步驟之前，還包括，對加工對象的加工底板設置避空位，避空位用於為線性鋸提供往返運動的空間。根據本發明實施例的數控加工方法，可選地，將對加工對象進行加工的線性鋸的一端安裝在數控加工設備的一個工具頭上的步驟包括：將線性鋸的一端固定或夾持在工具頭上；工具頭能夠根據數控加工設備發來的信號，自動調整工具頭的位置和角度或者線性鋸的安裝位置和安裝角度。根據本發明實施例的數控加工方法，可選地，加工對象包括刀模板。根據本發明的另一方面，本發明提供了一種數控加工設備，設備包括：加工對象固定裝置，用於將加工對象固定在設備上；線性鋸，用於對加工對象進行加工；工具頭，用於帶動線性鋸進行運動；電機，用於驅動工具頭運動；線性鋸的一端安裝在工具頭上；電機包括：振動電機；平移電機；振動電機驅動工具頭帶動線性鋸沿線性鋸線性延伸方向進行運動；平移電機驅動工具頭帶動線性鋸在垂直於線性鋸線性延伸方向的平面內進行平移運動和/或在線性鋸線性延伸方向上進行平移運動；工具頭在電機的驅動下，帶動線性鋸沿線性鋸線性延伸方向進行運動，和/或沿垂直於線性鋸線性延伸方向的平面內進行平移運動。根據本發明實施例的數控加工設備，可選地，電機包括，旋轉電機，旋轉電機驅動工具頭帶動線性鋸沿與線性鋸線性延伸方向平行的軸線為軸進行旋轉運動。根據本發明實施例的數控加工設備，可選地，平移電機包括：X軸平移電機、Y軸平移電機、Z軸平移電機；X軸平移電機，用於驅動工具頭帶動線性鋸在X軸方向平移；Y軸平移電機，用於驅動工具頭帶動線性鋸在Y軸方向平移；Z軸平移電機，用於驅動工具頭帶動線性鋸在Z軸方向平移。根據本發明實施例的數控加工設備，可選地，電機包括：兩個X軸平移電機；一個Y軸平移電機；一個Z軸平移電機；一個旋轉電機；一個振動電機。根據本發明實施例的數控加工設備，可選地，數控加工設備還包括：X軸移動軌道，Y軸移動軌道，Z軸移動軌道；工具頭在電機的驅動下，沿至少一個移動軌道運動；移動軌道包括一個移動軌道或對稱設置的兩個移動軌道。根據本發明實施例的數控加工設備，可選地，移動軌道包括：轉軸，移動機構；工具頭安裝在至少一個移動機構上；轉軸以其中心軸為軸轉動；當轉軸轉動時，移動機構相對於轉軸在X軸、Y軸、Z軸方向上運動，帶動工具頭一起運動。根據本發明實施例的數控加工設備，可選地，沿線性鋸線性延伸方向進行運動包括，單向運動或雙嚮往返運動。根據本發明實施例的數控加工設備，可選地，加工對象的加工面是曲面，加工對象固定不動；工具頭以曲面的中心軸為軸，帶動線性鋸沿曲面的切線方向進行運動；線性鋸與中心軸保持垂直進行運動。根據本發明實施例的數控加工設備，可選地，加工對象的加工面是曲面，固定在數控設備上的加工對象能夠以曲面的中心軸為軸沿該曲面的切線方向進行運動；工具頭沿X軸、Y軸和/或Z軸方向帶動線性鋸進行平移運行；線性鋸與中心軸保持垂直進行運動。根據本發明實施例的數控加工設備，可選地，電機還包括：加工對象旋轉電機；加工對象旋轉電機用於控制加工對象固定裝置的旋轉，使安裝在其上的曲面加工對象的曲面的中心軸與線性鋸保持垂直。根據本發明實施例的數控加工設備，可選地，工具頭包括：固定工具頭，夾持工具頭；線性鋸的一端固定在固定工具頭上或夾持工具頭上；工具頭能夠根據數控加工設備發來的信號，自動調整每個工具頭的位置和角度，以及線性鋸的安裝位置和安裝角度。根據本發明實施例的數控加工設備，可選地，數控加工設備還包括：一個或多個穿孔裝置；穿孔裝置固定安裝在工具頭上，在工具頭帶動下，穿孔裝置進行移動並在加工對象上加工孔位；或者，工具頭抓取需要的穿孔裝置，並帶動抓取的穿孔裝置移動，在加工對象上加工孔位。根據本發明實施例的數控加工設備，可選地，設備還包括，圓盤鋸工具頭，圓盤鋸工具頭用於對直線條的刀縫進行預加工。根據本發明實施例的數控加工設備，可選地，數控加工設備還包括：銑刀工具；銑刀工具用於加工加工對象的加工底板的避空位，避空位用於為線性鋸提供往返運動的空間。根據本發明實施例的數控加工設備，可選地，加工對象包括刀模板。本發明的數控加工設備以及數控加工方法，使線性鋸的一端固定在工具頭上，在電機的帶動下沿多個方向進行運動或旋轉運動，非常適用於部分非高強度的加工材料，有效地提高了加工效率和加工精度，且設備結構簡單，更趨於智能化。附圖說明為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅涉及本發明的一些實施例，而非對本發明的限制。圖1示出了本發明數控加工設備的結構示意圖；圖2示出了預加工刀縫的圓盤鋸工具頭；圖3a和圖3b是根據本發明實施例的線性鋸的基本結構的示意圖，其中，圖3a是線性鋸的正視圖，圖3b是線性鋸的側視圖；圖4a、圖4b和圖4c示出了本發明實施例的線性鋸的一種結構，其中，圖4a是線性鋸的正視圖，圖4b是線性鋸的一側視圖，圖4c是線性鋸的另一側視圖；圖5a、圖5b和圖5c示出了本發明實施例的線性鋸的另一種結構，其中，圖5a是線性鋸的正視圖，圖5b是線性鋸的一側視圖，圖5c是線性鋸的另一側視圖；圖6a、圖6b和圖6c示出了本發明實施例的線性鋸的又一種結構，其中，圖6a是線性鋸的正視圖，圖6b是線性鋸的一側視圖，圖6c是線性鋸的另一側視圖；圖7示出了本發明穿孔裝置的示意圖；圖8示出了加工對象底板的避空位示意圖；圖9示出了本發明板材材料的加工對象的固定方式；圖10示出了本發明曲面材料的加工對象的固定方式；圖11示出了本發明加工對象是平面時的加工示意圖；圖12示出了本發明加工對象是曲面時的加工示意圖。附圖標記I切削部分II支撐部分1加工部1A加工部1B加工部101加工對象固定裝置102線性鋸103工具頭104電機1041X軸平移電機1042Y軸平移電機1043Z軸平移電機1044旋轉電機1045振動電機105穿孔裝置1051鑽孔頭1052鑽孔頭1053衝壓孔頭1054銑削孔106X軸移動軌道1061轉軸1062滑塊1063滑槽107Y軸移動軌道108Z軸移動軌道109連接板110圓盤鋸工具頭2避空部2A避空部2B避空部1401伸縮支撐柱1402壓杆具體實施方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例的附圖，對本發明實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於所描述的本發明的實施例，本領域普通技術人員在無需創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。除非另作定義，此處使用的技術術語或者科學術語應當為本發明所屬領域內具有一般技能的人士所理解的通常意義。本發明專利申請說明書以及權利要求書中使用的「第一」、「第二」以及類似的詞語並不表示任何順序、數量或者重要性，而只是用來區分不同的組成部分。同樣，「一個」或者「一」等類似詞語也不表示數量限制，而是表示存在至少一個。本發明提供了一種數控加工設備以及數控加工方法，在該方法中，將加工對象固定在數控加工設備上，加工對象不動，然後將對加工對象進行加工的線性鋸的一端安裝在數控加工設備上，在數控加工設備的控制下，線性鋸對加工對象進行加工，加工對象可以是平面的板材，也可以是曲面的板材，可選地，加工對象為刀模板。圖1示出了本發明數控加工設備的結構示意圖。參見圖1，所述數控加工設備包括：加工對象固定裝置101，用於將加工對象固定在數控加工設備上；線性鋸102，用於對所述加工對象進行加工；線性鋸102例如可以是鋸條。可選地，所述數控加工設備還包括：工具頭103，用於將線性鋸102固定夾持在其上；電機104，用於驅動工具頭103進行運動；穿孔裝置105，用於對加工對象加工孔位；圓盤鋸工具頭110，用於對刀縫進行預加工。為了提高刀縫的加工效率，可以對直線條的刀縫進行預加工。圖2進一步示出了預加工刀縫的圓盤鋸工具頭110，圓盤鋸工具頭110可以在電機104的驅動下，對加工對象的加工面進行預加工，圓盤鋸適合直線條的刀縫切割加工，可以快速地銑削刀模板刀縫。圓盤鋸工具頭110可以對平面的加工對象進行加工，也可以對曲面的加工對象進行加工。例如，加工出具有一定深度的刀縫，這樣，可以方便線性鋸102沿該刀縫進行進一步加工，有效地提高了加工效率。圖3a和圖3b是根據本發明實施例的線性鋸的基本結構的示意圖。其中，圖3a是線性鋸的正視圖，圖3b是線性鋸的側視圖。圖3a和圖3b體現了兩種結構劃分方式。一種方式是從線性鋸的向外作用的角度進行劃分的，包括：切削部分I和支撐部分II；另一種方式是從線性鋸的向內作用的角度進行劃分的，包括：加工部1，避空部2和固定部3。從空間的角度，也可以認為，第一種方式是從圖3a中寬度方向(對應於圖1中的X軸方向)的角度劃分的；第二種方式是從圖3a和圖3b中長度方向(線性鋸延伸方向，對應於圖1中的Z軸方向)的角度劃分的。參見圖3a，以第一種方式描述結構，則該線性鋸包括：用於對加工對象進行切削加工的切削部分I，例如，鋸齒；以及用於支撐該切削部分I的支撐部分II，即鋸背。本發明實施例所說的線性鋸可以是在鋸齒排列方向具有一定長度的鋸條。「線性鋸線性方向」或「線性鋸線性延伸方向」或「Z軸方向」與線性鋸的切削部分I中鋸齒排列的方向相同或平行。由於鋸條具有一定長度，且其加工面較薄，支撐部分II可以起到支撐鋸條、提高線性鋸的強度的作用，也可以方便鋸條的安裝與拆卸。可選地，例如，可以將長條狀的剛性材料板沿其長邊的一側製作成切削部分I，將其長邊的另一側製作成支撐部分II，支撐部分II可以僅僅是剛性原材料本身，也可以進行進一步加工，例如，將支撐部分II進行進一步打磨，煅燒，其形狀、結構、厚度等均可以與切削部分I相同或不同。可選地，支撐部分II可以由不同形狀和厚度的多段組成，即在不同位置具有不同的形狀和厚度。可選地，可以在剛性材料的支撐部分II上安裝其他材料對線性鋸進行加固和支撐。可選地，切削部分I和支撐部分II除了一體成型外，也可以是組裝關係。可以將切削部分I直接與單獨製成的支撐部分II進行組裝和連接，形成線性鋸。以第二種方式描述結構，則根據本發明實施例的線性鋸包括：加工部1，避空部2和固定部3。加工部1，避空部2和固定部3也可以是一體成型或者組裝形成。如圖3a所示，加工部1是線性鋸帶有鋸齒的部分，包括了切削部分I以及與之一體或者連接的支撐部分II的相應部分。切削部分I的鋸齒齒牙的方向是示意性的。避空部2位於加工部1和固定部3之間，與加工部1和/或固定部3一體成型或者組裝連接。避空部2在線性鋸對加工對象的加工過程中，穿過加工槽，但在穿過加工槽的過程中並不受到加工縫的內壁作用力。也就是說，在避空部2穿過加工對象的過程中，避空部2不會被加工槽兩側內壁夾持，也不會與加工槽頂側內壁(在線性鋸加工的前進方向上與加工槽相接觸的內壁)相抵，因而加工對象也不會對線性鋸發生力的作用。這樣，如前述分析的，線性鋸(包括加工部1)在線性鋸自身的形變回復力的作用下回復到直線加工位置，於是可以消除加工過程中的累積誤差。根據本發明的實施例，避空部2的長度大於加工對象的厚度(Z軸方向上的加工距離)，寬度小於加工部1的最大寬度(X軸方向)，且厚度小於加工槽的寬度(Y軸方向上的加工距離)，這樣，在避空部2通過加工對象時，可以保證在一定時段內既不會被加工槽兩側內壁夾持。也不會與加工槽頂側內壁相抵，從而在該時段內可以不受加工對象的作用力。所述時段的長度取決於避空部2的長度與加工對象厚度之差，以及線性鋸在Z軸方向上的運動角度和速度。具體而言，如圖3a所示，避空部2的寬度L2小於加工部1的最大寬度L1(對應於圖1中X軸方向上的距離)，其中加工部1的最大寬度實際上是鋸齒在X軸方向上的最大延伸量與鋸背的寬度之和。如果避空部2的寬度小於加工部1的最大寬度，在加工部1對加工對象進行切削加工並在X軸方向上移動後，避空部2可以繼續在X軸方向上移動一段距離(例如，距離L＝L1-L2)，而在避空部2移動的過程中，避空部2在X軸方向上不會接觸到加工對象，從而不會在X軸方向上受到作用力。如圖3b所示，避空部2的厚度W2小於加工槽的寬度(Y軸方向上的加工距離)。由於加工槽的寬度(Y軸方向上的加工距離)取決於加工部1的加工寬度，也就是說，加工槽的寬度等於或者略大於加工部1的最大加工寬度。當加工部1為在延伸方向(Z軸方向)上直線排列的鋸齒時，加工槽的寬度即等於或者略大於鋸齒的厚度(Y軸方向)W1。在加工部1對加工對象進行切削加工並在X軸方向上移動後，避空部2可以繼續在X軸方向上移動一段距離(例如，距離L＝L1-L2)，同時在Z軸方向上移動穿過加工槽，由於避空部2的厚度小於加工槽的寬度，使得避空部2移動的過程中，避空部2在Y軸方向不會被加工槽兩側內壁所夾持，從而避空部2在X軸方向和Y軸方向均不會受到來自加工對象的限制其回復的作用力。類似前述，在一個加工周期內，在加工部1對加工對象進行切削加工後，線性鋸整體(包括加工部1和避空部2)會發生彎曲形變，這樣，即使避空部2的厚度小於加工槽的寬度，避空部2的一個側面也有可能與加工槽的對應側內壁相接觸，不過該側內壁對避空部2的作用力也是與形變相反方向的作用力，不會阻礙線性鋸的形變回復。可選地，設置避空部2的厚度，使得加工部1的最大加工寬度與該厚度之差大於避空部2在Y軸方向的形變偏移量，從而使得避空部2在穿過加工槽時不與加工槽內壁相接觸。於是，在避空部2通過加工對象時，避空部2完全不與加工對象接觸，從而線性鋸完全脫離加工對象，使得線性鋸的形變得以回復。根據圖3a和圖3b所示的實施例，可以用不具有切削部分I的支撐部分II來實現避空部2。例如，可以除去或者不安裝鋸齒，從而減小X軸方向的寬度；由於切削部分I與支撐部分II在Y軸方向厚度相同，可通過打薄該不具有切削部分I的支撐部分II的全部或一部分來實現Y軸方向厚度的減少。避空部2也可以有鋸齒，只不過該鋸齒齒牙在X軸方向的最大長度小於切削部分I的齒牙在X軸方向的最大長度，或者該鋸齒齒牙和與其相應的支撐部分II整體上在X軸方向的最大長度小於切削部分I和與其相應的支撐部分II整體上在X軸方向的最大長度。考慮到線性鋸回復形變的時間及避空部2在X軸方向的運動速度，要求避空部2能夠與加工對象不接觸地在X軸方向運動一段距離，用不具有切削部分I的支撐部分II來實現避空部2是一種比較容易實現的方案。可選地，用鋸齒開路等結構來增大加工部1的最大加工寬度，從而不必打薄無切削部分I的支撐部分II的厚度來實現避空部2，也可以使得避空部2的厚度小於加工部1...