面向五轴数控加工的曲面家具设计
摘 要：工业4.0对于家具制造有着重大的意义，而传统木工机械对于曲面家具零部件的加工过程过于繁琐，五轴数控加工中心能更快捷标准化的加工出异型曲面零件。笔者研究的是如何能让曲面家具更好的适应五轴数控的加工生产，力求减少后续的人工操作，从而减少家具的生产成本，实现大批量生产。本文就这一主题，从五轴机床的发展，家具建模，软件应用几方面作出综述。
关键词：五轴数控；家具设计；曲面家具；软件建模
1前言
对于当今快速发展的工业化批量生产趋势，五轴数控机床对于家具的批量化生产已是必不可少，在对于曲线异型零件的加工过程中，五轴数控加工中心的应用能大大缩短加工的工时与加工成本，使异型零件的批量化生产成为可能。但在实际的加工过程中家具设计与五轴机械的对接是一个双向过程，一方面是五轴机械的硬件与算法的不断改进，另一方面是在前端设计时，对所设计的产品与生产机械的适应程度进行不断的深化调整。对于中小型企业来说，由于成本的限制，设备的更替要完全跟上行业最前沿技术的发展并不现实。而在已有五轴设备的条件限制下，产品的设计建模对于五轴加工适应性的提高就显得更为实际。本课题就是针对BACCI公司旗下master系列五轴机床加工过程中遇到的问题，在设计建模方面进行一定改进，取舍。从而使家具更适合五轴机械的生产，以此来减少后续的手工打磨和修整，从而降低劳动成本，提高企业的生产效率。
2五轴数控加工机床介绍
2.1五轴机床类型：
数控加工中心机构上的运动坐标系通常以右手直角笛卡尔坐标系定义：X、Y、Z 三个线性移动轴和分别绕着X、Y、Z 轴旋转的A、B、C 轴，线性轴依手指所指方向为正方向，旋转轴依手指指向的顺时针为正方向。[1]所以五轴数控加工中心泛指包含3个直线轴及2个旋转轴，可同时进五轴同步运动加工的机器，因为X、Y、Z、A、B、C轴分布不同而分为以下几种类型：
2.1.1主轴头旋转型
旋转轴均由刀具承担，其特点为：①由主轴头在旋转分度以及倾斜分度的动作来完成切削加工；②因主轴具有5个自由度，不适合重切削；③适合大型工件加工。
2.1.2复合型（A、B、C分别对应X、Y、Z轴的旋转轴）：
1、A轴在刀具上呈摆动形式，C轴在工作台上，呈回转形式：由于工件仅在C轴运动，对工件尺寸限制相对较大，可以加工100~200mm至2~3m的零件
2、两回转轴均在工作台上：
该方式主轴可在X、Y、Z 三轴上作移动，平台在A、C 轴上可旋转；此型式为在一般三轴机器的平台上加装倾斜与旋转伺服机构，降低夹具成本，是最经济的方式，也是应用较普遍的机型；其主轴负载较小、刚性高，可承受重切削；沿C轴动作，在环形和轮廓外形上有较好的复杂曲面加工能力；适用于中小型工件加工，因为大型工件需要较大扭矩的旋转移动平台；实际加工时，只需沿着Z轴就能轻松进退刀，加工倾斜面及孔时，可用三轴加工进行程序设计，并可用刀具补偿功能。
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