数控加工设备及加工方法与制造工艺

本发明涉及板材的数控加工设备和加工方法，具体而言，涉及一种刀模板的加工设备和加工方法。

背景技术：
目前市场上的刀模主要有木板刀模、塑料刀模、铁质或铝制刀模、亚克力刀模等等，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开一条装刀缝，再将刀片插入其中，刀模板上装刀的切缝宽度要适应模切刀的宽度，切缝壁两边和刀片紧密配合一致，达到固定模切刀的作用。由于模切刀片厚度为0.45mm、0.53mm、0.71mm等，而产业中所用的木板的厚度一般为10～18mm左右，其中以18mm为最常用厚度。同时，用于加工刀模板的机械刀具直径太小且其刃长有限制，所以一般情况下，用机械刀具加工刀模板的有效厚度只能达到3mm～5mm左右。这样，采用机械刀具来加工现有结构的刀模板，在刀模板的有效加工厚度上有很大的局限性。由于上述采用机械刀具加工刀模板的局限性，当前市场上通常使用激光机进行切割加工。刀模板的激光切割就是在单层木板上用激光烧出一条缝，用于插入模切刀片。然而，如果采用激光加工装刀缝，在激光切割时会产生高温，造成装刀缝两侧的刀模板材料发生碳化，经过使用或者换刀后碳化部分容易发生脱落，造成装刀缝变宽而刀片松动；激光的发散性以及环境因素(如温度、湿度)对于激光切割的影响，也使得装刀缝的宽度加工精度不易控制；激光切割会造成有毒气体和物质的释放，不利于环保，也会消耗大量的能源；此外，激光切割机的价格也比较高。目前，也存在用电动线锯加工板材的方式。具体而言，将锯条固定在上下往返运动的联动装置上，锯条只做上下运动，前后左右的位置是固定不动的，需要人手推动加工板进行切割。一般先在木板上把需要的图案画出来，或者把图案画在纸上，然后把纸贴在木板上；之后，从板材边缘开始锯，由人手推动木板沿着画的线条进行前后左右平移运动，从而使锯条沿着这些线条相对运动，实现对板材的切割加工。如果需要在板材上挖出或者掏出预定形状或者图像，首先，在木板上穿孔，把线锯锯条从木板上穿过去，然后上下两头进行固定，并通过联动装置形成整体固定且联动的电动锯；整个电动锯在电机的带动下进行上下往复运动，达到锯断木板的作用；人手推动木板沿着画的线条进行前后左右平移运动，实现对板材的加工。如果以上述方式来加工刀模板，若采用第一种方式，即从木板边缘开始锯，则刀模板四周边缘因锯加工会产生断裂缝隙，影响刀模板的平整性和持久性；若采用第二种方式，完成一条从起点到终点的刀缝后，需要暂停来取出锯条，再重新钻孔，重新穿锯条进行切割，工序繁琐，浪费时间。此外，上述线锯加工方式，是由人工推动木板来实现的，因此其切割位置精度不高，不同人做的效果差异也很大。

技术实现要素：
根据本发明的一方面，本发明提供了一种数控加工方法，其包括以下步骤：将加工对象固定在数控加工设备的加工对象固定装置上；将对加工对象进行加工的线性锯的一端安装在数控加工设备的一个工具头上；将工具头与至少一个电机连接；电机包括：振动电机，平移电机；振动电机驱动工具头，带动线性锯沿该线性锯的线性延伸方向进行运动；平移电机驱动工具头，带动线性锯，在垂直于线性锯线性延伸方向的平面内进行平移运动和/或在线性锯线性延伸方向上进行平移运动；工具头在至少一个电机的驱动下，带动线性锯沿线性锯线性延伸方向进行运动，和/或在垂直于线性锯线性延伸方向的平面内进行平移运动，以对加工对象进行加工。根据本发明实施例的数控加工方法，可选地，电机包括，旋转电机；方法进一步包括：旋转电机驱动工具头带动的线性锯，在加工对象上以与线性锯的线性延伸方向平行的轴线为轴进行旋转运动。根据本发明实施例的数控加工方法，可选地，平移电机包括：X轴平移电机、Y轴平移电机、Z轴平移电机；X轴平移电机，用于驱动工具头带动线性锯在X轴方向平移；Y轴平移电机，用于驱动工具头带动线性锯在Y轴方向平移；Z轴平移电机，用于驱动工具头带动线性锯在Z轴方向平移。根据本发明实施例的数控加工方法，可选地，电机包括：两个X轴平移电机；一个Y轴平移电机；一个Z轴平移电机；一个旋转电机；一个振动电机。根据本发明实施例的数控加工方法，可选地，沿线性锯线性延伸方向进行运动包括，单向运动或双向往返运动。根据本发明实施例的数控加工方法，可选地，方法进一步包括：加工对象的加工面是平面，加工对象固定不动；线性锯在加工对象上运动时，线性锯与加工对象的加工面保持垂直。根据本发明实施例的数控加工方法，可选地，方法进一步包括：加工对象的加工面是曲面，加工对象固定不动；工具头以曲面的中心轴为轴，带动线性锯沿曲面的切线方向进行运动；线性锯与中心轴保持垂直进行运动。根据本发明实施例的数控加工方法，可选地，方法进一步包括：加工对象的加工面是曲面，固定在数控设备上的加工对象能够以曲面中心轴为轴沿曲面切线进行运动；工具头沿X、Y和/或Z方向带动线性锯进行平移运动；线性锯与中心轴保持垂直进行运动。根据本发明实施例的数控加工方法，可选地，电机还包括：加工对象旋转电机；方法进一步包括：使用加工对象旋转电机控制加工对象固定装置的旋转，使安装在其上的曲面加工对象的曲面的中心轴与线性锯保持垂直。根据本发明实施例的数控加工方法，可选地，工具头在至少一个电机的驱动下，带动线性锯沿线性锯线性延伸方向进行运动，和/或在垂直于线性锯线性延伸方向的平面内进行平移运动的步骤之前，还包括，使用圆盘锯工具头对直线条的刀缝进行预加工。根据本发明实施例的数控加工方法，可选地，数控加工设备还包括一个或多个穿孔装置，方法进一步包括，将穿孔装置固定安装在工具头上；工具头带动穿孔装置移动；穿孔装置在加工对象上加工孔位；或者，工具头抓取需要的穿孔装置；工具头带动穿孔装置移动；穿孔装置在加工对象上加工孔位。根据本发明实施例的数控加工方法，可选地，工具头在至少一个电机的驱动下，带动线性锯沿线性锯线性延伸方向进行运动，和/或在垂直于线性锯线性延伸方向的平面内进行平移运动的步骤之前，还包括，对加工对象的加工底板设置避空位，避空位用于为线性锯提供往返运动的空间。根据本发明实施例的数控加工方法，可选地，将对加工对象进行加工的线性锯的一端安装在数控加工设备的一个工具头上的步骤包括：将线性锯的一端固定或夹持在工具头上；工具头能够根据数控加工设备发来的信号，自动调整工具头的位置和角度或者线性锯的安装位置和安装角度。根据本发明实施例的数控加工方法，可选地，加工对象包括刀模板。根据本发明的另一方面，本发明提供了一种数控加工设备，设备包括：加工对象固定装置，用于将加工对象固定在设备上；线性锯，用于对加工对象进行加工；工具头，用于带动线性锯进行运动；电机，用于驱动工具头运动；线性锯的一端安装在工具头上；电机包括：振动电机；平移电机；振动电机驱动工具头带动线性锯沿线性锯线性延伸方向进行运动；平移电机驱动工具头带动线性锯在垂直于线性锯线性延伸方向的平面内进行平移运动和/或在线性锯线性延伸方向上进行平移运动；工具头在电机的驱动下，带动线性锯沿线性锯线性延伸方向进行运动，和/或沿垂直于线性锯线性延伸方向的平面内进行平移运动。根据本发明实施例的数控加工设备，可选地，电机包括，旋转电机，旋转电机驱动工具头带动线性锯沿与线性锯线性延伸方向平行的轴线为轴进行旋转运动。根据本发明实施例的数控加工设备，可选地，平移电机包括：X轴平移电机、Y轴平移电机、Z轴平移电机；X轴平移电机，用于驱动工具头带动线性锯在X轴方向平移；Y轴平移电机，用于驱动工具头带动线性锯在Y轴方向平移；Z轴平移电机，用于驱动工具头带动线性锯在Z轴方向平移。根据本发明实施例的数控加工设备，可选地，电机包括：两个X轴平移电机；一个Y轴平移电机；一个Z轴平移电机；一个旋转电机；一个振动电机。根据本发明实施例的数控加工设备，可选地，数控加工设备还包括：X轴移动轨道，Y轴移动轨道，Z轴移动轨道；工具头在电机的驱动下，沿至少一个移动轨道运动；移动轨道包括一个移动轨道或对称设置的两个移动轨道。根据本发明实施例的数控加工设备，可选地，移动轨道包括：转轴，移动机构；工具头安装在至少一个移动机构上；转轴以其中心轴为轴转动；当转轴转动时，移动机构相对于转轴在X轴、Y轴、Z轴方向上运动，带动工具头一起运动。根据本发明实施例的数控加工设备，可选地，沿线性锯线性延伸方向进行运动包括，单向运动或双向往返运动。根据本发明实施例的数控加工设备，可选地，加工对象的加工面是曲面，加工对象固定不动；工具头以曲面的中心轴为轴，带动线性锯沿曲面的切线方向进行运动；线性锯与中心轴保持垂直进行运动。根据本发明实施例的数控加工设备，可选地，加工对象的加工面是曲面，固定在数控设备上的加工对象能够以曲面的中心轴为轴沿该曲面的切线方向进行运动；工具头沿X轴、Y轴和/或Z轴方向带动线性锯进行平移运行；线性锯与中心轴保持垂直进行运动。根据本发明实施例的数控加工设备，可选地，电机还包括：加工对象旋转电机；加工对象旋转电机用于控制加工对象固定装置的旋转，使安装在其上的曲面加工对象的曲面的中心轴与线性锯保持垂直。根据本发明实施例的数控加工设备，可选地，工具头包括：固定工具头，夹持工具头；线性锯的一端固定在固定工具头上或夹持工具头上；工具头能够根据数控加工设备发来的信号，自动调整每个工具头的位置和角度，以及线性锯的安装位置和安装角度。根据本发明实施例的数控加工设备，可选地，数控加工设备还包括：一个或多个穿孔装置；穿孔装置固定安装在工具头上，在工具头带动下，穿孔装置进行移动并在加工对象上加工孔位；或者，工具头抓取需要的穿孔装置，并带动抓取的穿孔装置移动，在加工对象上加工孔位。根据本发明实施例的数控加工设备，可选地，设备还包括，圆盘锯工具头，圆盘锯工具头用于对直线条的刀缝进行预加工。根据本发明实施例的数控加工设备，可选地，数控加工设备还包括：铣刀工具；铣刀工具用于加工加工对象的加工底板的避空位，避空位用于为线性锯提供往返运动的空间。根据本发明实施例的数控加工设备，可选地，加工对象包括刀模板。本发明的数控加工设备以及数控加工方法，使线性锯的一端固定在工具头上，在电机的带动下沿多个方向进行运动或旋转运动，非常适用于部分非高强度的加工材料，有效地提高了加工效率和加工精度，且设备结构简单，更趋于智能化。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。图1示出了本发明数控加工设备的结构示意图；图2示出了预加工刀缝的圆盘锯工具头；图3a和图3b是根据本发明实施例的线性锯的基本结构的示意图，其中，图3a是线性锯的正视图，图3b是线性锯的侧视图；图4a、图4b和图4c示出了本发明实施例的线性锯的一种结构，其中，图4a是线性锯的正视图，图4b是线性锯的一侧视图，图4c是线性锯的另一侧视图；图5a、图5b和图5c示出了本发明实施例的线性锯的另一种结构，其中，图5a是线性锯的正视图，图5b是线性锯的一侧视图，图5c是线性锯的另一侧视图；图6a、图6b和图6c示出了本发明实施例的线性锯的又一种结构，其中，图6a是线性锯的正视图，图6b是线性锯的一侧视图，图6c是线性锯的另一侧视图；图7示出了本发明穿孔装置的示意图；图8示出了加工对象底板的避空位示意图；图9示出了本发明板材材料的加工对象的固定方式；图10示出了本发明曲面材料的加工对象的固定方式；图11示出了本发明加工对象是平面时的加工示意图；图12示出了本发明加工对象是曲面时的加工示意图。附图标记I切削部分II支撑部分1加工部1A加工部1B加工部101加工对象固定装置102线性锯103工具头104电机1041X轴平移电机1042Y轴平移电机1043Z轴平移电机1044旋转电机1045振动电机105穿孔装置1051钻孔头1052钻孔头1053冲压孔头1054铣削孔106X轴移动轨道1061转轴1062滑块1063滑槽107Y轴移动轨道108Z轴移动轨道109连接板110圆盘锯工具头2避空部2A避空部2B避空部1401伸缩支撑柱1402压杆具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。本发明提供了一种数控加工设备以及数控加工方法，在该方法中，将加工对象固定在数控加工设备上，加工对象不动，然后将对加工对象进行加工的线性锯的一端安装在数控加工设备上，在数控加工设备的控制下，线性锯对加工对象进行加工，加工对象可以是平面的板材，也可以是曲面的板材，可选地，加工对象为刀模板。图1示出了本发明数控加工设备的结构示意图。参见图1，所述数控加工设备包括：加工对象固定装置101，用于将加工对象固定在数控加工设备上；线性锯102，用于对所述加工对象进行加工；线性锯102例如可以是锯条。可选地，所述数控加工设备还包括：工具头103，用于将线性锯102固定夹持在其上；电机104，用于驱动工具头103进行运动；穿孔装置105，用于对加工对象加工孔位；圆盘锯工具头110，用于对刀缝进行预加工。为了提高刀缝的加工效率，可以对直线条的刀缝进行预加工。图2进一步示出了预加工刀缝的圆盘锯工具头110，圆盘锯工具头110可以在电机104的驱动下，对加工对象的加工面进行预加工，圆盘锯适合直线条的刀缝切割加工，可以快速地铣削刀模板刀缝。圆盘锯工具头110可以对平面的加工对象进行加工，也可以对曲面的加工对象进行加工。例如，加工出具有一定深度的刀缝，这样，可以方便线性锯102沿该刀缝进行进一步加工，有效地提高了加工效率。图3a和图3b是根据本发明实施例的线性锯的基本结构的示意图。其中，图3a是线性锯的正视图，图3b是线性锯的侧视图。图3a和图3b体现了两种结构划分方式。一种方式是从线性锯的向外作用的角度进行划分的，包括：切削部分I和支撑部分II；另一种方式是从线性锯的向内作用的角度进行划分的，包括：加工部1，避空部2和固定部3。从空间的角度，也可以认为，第一种方式是从图3a中宽度方向(对应于图1中的X轴方向)的角度划分的；第二种方式是从图3a和图3b中长度方向(线性锯延伸方向，对应于图1中的Z轴方向)的角度划分的。参见图3a，以第一种方式描述结构，则该线性锯包括：用于对加工对象进行切削加工的切削部分I，例如，锯齿；以及用于支撑该切削部分I的支撑部分II，即锯背。本发明实施例所说的线性锯可以是在锯齿排列方向具有一定长度的锯条。“线性锯线性方向”或“线性锯线性延伸方向”或“Z轴方向”与线性锯的切削部分I中锯齿排列的方向相同或平行。由于锯条具有一定长度，且其加工面较薄，支撑部分II可以起到支撑锯条、提高线性锯的强度的作用，也可以方便锯条的安装与拆卸。可选地，例如，可以将长条状的刚性材料板沿其长边的一侧制作成切削部分I，将其长边的另一侧制作成支撑部分II，支撑部分II可以仅仅是刚性原材料本身，也可以进行进一步加工，例如，将支撑部分II进行进一步打磨，煅烧，其形状、结构、厚度等均可以与切削部分I相同或不同。可选地，支撑部分II可以由不同形状和厚度的多段组成，即在不同位置具有不同的形状和厚度。可选地，可以在刚性材料的支撑部分II上安装其他材料对线性锯进行加固和支撑。可选地，切削部分I和支撑部分II除了一体成型外，也可以是组装关系。可以将切削部分I直接与单独制成的支撑部分II进行组装和连接，形成线性锯。以第二种方式描述结构，则根据本发明实施例的线性锯包括：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也可以是一体成型或者组装形成。如图3a所示，加工部1是线性锯带有锯齿的部分，包括了切削部分I以及与之一体或者连接的支撑部分II的相应部分。切削部分I的锯齿齿牙的方向是示意性的。避空部2位于加工部1和固定部3之间，与加工部1和/或固定部3一体成型或者组装连接。避空部2在线性锯对加工对象的加工过程中，穿过加工槽，但在穿过加工槽的过程中并不受到加工缝的内壁作用力。也就是说，在避空部2穿过加工对象的过程中，避空部2不会被加工槽两侧内壁夹持，也不会与加工槽顶侧内壁(在线性锯加工的前进方向上与加工槽相接触的内壁)相抵，因而加工对象也不会对线性锯发生力的作用。这样，如前述分析的，线性锯(包括加工部1)在线性锯自身的形变回复力的作用下回复到直线加工位置，于是可以消除加工过程中的累积误差。根据本发明的实施例，避空部2的长度大于加工对象的厚度(Z轴方向上的加工距离)，宽度小于加工部1的最大宽度(X轴方向)，且厚度小于加工槽的宽度(Y轴方向上的加工距离)，这样，在避空部2通过加工对象时，可以保证在一定时段内既不会被加工槽两侧内壁夹持。也不会与加工槽顶侧内壁相抵，从而在该时段内可以不受加工对象的作用力。所述时段的长度取决于避空部2的长度与加工对象厚度之差，以及线性锯在Z轴方向上的运动角度和速度。具体而言，如图3a所示，避空部2的宽度L2小于加工部1的最大宽度L1(对应于图1中X轴方向上的距离)，其中加工部1的最大宽度实际上是锯齿在X轴方向上的最大延伸量与锯背的宽度之和。如果避空部2的宽度小于加工部1的最大宽度，在加工部1对加工对象进行切削加工并在X轴方向上移动后，避空部2可以继续在X轴方向上移动一段距离(例如，距离L＝L1-L2)，而在避空部2移动的过程中，避空部2在X轴方向上不会接触到加工对象，从而不会在X轴方向上受到作用力。如图3b所示，避空部2的厚度W2小于加工槽的宽度(Y轴方向上的加工距离)。由于加工槽的宽度(Y轴方向上的加工距离)取决于加工部1的加工宽度，也就是说，加工槽的宽度等于或者略大于加工部1的最大加工宽度。当加工部1为在延伸方向(Z轴方向)上直线排列的锯齿时，加工槽的宽度即等于或者略大于锯齿的厚度(Y轴方向)W1。在加工部1对加工对象进行切削加工并在X轴方向上移动后，避空部2可以继续在X轴方向上移动一段距离(例如，距离L＝L1-L2)，同时在Z轴方向上移动穿过加工槽，由于避空部2的厚度小于加工槽的宽度，使得避空部2移动的过程中，避空部2在Y轴方向不会被加工槽两侧内壁所夹持，从而避空部2在X轴方向和Y轴方向均不会受到来自加工对象的限制其回复的作用力。类似前述，在一个加工周期内，在加工部1对加工对象进行切削加工后，线性锯整体(包括加工部1和避空部2)会发生弯曲形变，这样，即使避空部2的厚度小于加工槽的宽度，避空部2的一个侧面也有可能与加工槽的对应侧内壁相接触，不过该侧内壁对避空部2的作用力也是与形变相反方向的作用力，不会阻碍线性锯的形变回复。可选地，设置避空部2的厚度，使得加工部1的最大加工宽度与该厚度之差大于避空部2在Y轴方向的形变偏移量，从而使得避空部2在穿过加工槽时不与加工槽内壁相接触。于是，在避空部2通过加工对象时，避空部2完全不与加工对象接触，从而线性锯完全脱离加工对象，使得线性锯的形变得以回复。根据图3a和图3b所示的实施例，可以用不具有切削部分I的支撑部分II来实现避空部2。例如，可以除去或者不安装锯齿，从而减小X轴方向的宽度；由于切削部分I与支撑部分II在Y轴方向厚度相同，可通过打薄该不具有切削部分I的支撑部分II的全部或一部分来实现Y轴方向厚度的减少。避空部2也可以有锯齿，只不过该锯齿齿牙在X轴方向的最大长度小于切削部分I的齿牙在X轴方向的最大长度，或者该锯齿齿牙和与其相应的支撑部分II整体上在X轴方向的最大长度小于切削部分I和与其相应的支撑部分II整体上在X轴方向的最大长度。考虑到线性锯回复形变的时间及避空部2在X轴方向的运动速度，要求避空部2能够与加工对象不接触地在X轴方向运动一段距离，用不具有切削部分I的支撑部分II来实现避空部2是一种比较容易实现的方案。可选地，用锯齿开路等结构来增大加工部1的最大加工宽度，从而不必打薄无切削部分I的支撑部分II的厚度来实现避空部2，也可以使得避空部2的厚度小于加工部1...