佘海

[摘 要] 在研究中以數(shù)控精密目標(biāo)加工為核心，利用機(jī)器人輔助數(shù)控精密木雕加工，提高數(shù)控精密木雕加工的效率，發(fā)揮出工業(yè)機(jī)器人的作用，進(jìn)而符合木雕加工的生產(chǎn)要求，并為相關(guān)研究人員提供一定的借鑒和幫助。

[關(guān) 鍵 詞] 數(shù)控雕刻；木雕；雕刻機(jī)；工業(yè)機(jī)器人

[中圖分類號(hào)] TP242 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2018）01-0181-01

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，雕刻藝術(shù)備受人們關(guān)注。傳統(tǒng)手工雕刻方式要求工匠具備極高的技術(shù)水平，并伴隨周期長(zhǎng)、效率低的劣勢(shì)，不利于商品化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求。人們?cè)诘窨趟囆g(shù)加工中引入數(shù)控技術(shù)，并應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行數(shù)控精密木雕加工的輔助，讓工業(yè)機(jī)器人完成較為復(fù)雜的雕刻工序，形成集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、木雕加工于一體的加工生產(chǎn)體系，提高雕刻機(jī)的利用率，進(jìn)而有效提高木雕加工的生產(chǎn)效率和雕刻精度。在這樣的環(huán)境背景下，探究工業(yè)機(jī)器人輔助數(shù)控精密木雕加工中心具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、工業(yè)機(jī)器人輔助數(shù)控精密木雕加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)

工業(yè)機(jī)器人輔助數(shù)控精密木雕加工系統(tǒng)主要將工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控雕刻、木雕工藝、雕刻機(jī)等多種元素融合在一起，構(gòu)建集雕刻設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集處理、木雕交工于一體的木雕加工生產(chǎn)流程，擺脫傳統(tǒng)手工加工方式的弊端，提高木雕加工的精確性和高效性，進(jìn)而滿足市場(chǎng)供求。

（一）系統(tǒng)框架

工業(yè)機(jī)器人輔助數(shù)控精密木雕加工系統(tǒng)由圖像采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)輸出和加工系統(tǒng)等部分組成，在實(shí)際運(yùn)行中（如圖1所示），借助3D掃描儀和Artcam軟件采集與處理數(shù)據(jù)，形成木雕完成模型，通過系統(tǒng)處理形成NC代碼，以供控制系統(tǒng)識(shí)別，控制系統(tǒng)借助內(nèi)設(shè)PC進(jìn)行NC代碼翻譯和讀取，模擬仿真木雕加工路徑，輸出NC代碼，并自動(dòng)控制機(jī)床和雕刻機(jī)開啟對(duì)木雕的加工，進(jìn)而完成木雕的批量加工生產(chǎn)。在木雕加工過程中，主要依靠雕刻機(jī)和機(jī)床進(jìn)行木雕加工，根據(jù)預(yù)設(shè)模型完成立體雕或浮雕等雕刻任務(wù)。

（二）數(shù)控雕刻

數(shù)控雕刻以雕刻機(jī)為主，設(shè)計(jì)為X軸、Y軸、Z軸、A軸等四軸空間結(jié)構(gòu)，其中A軸屬于立體雕刻空間中的另外旋轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)軸，借助旋轉(zhuǎn)A軸實(shí)現(xiàn)數(shù)控雕刻的立體加工。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，針對(duì)立體雕刻，旋轉(zhuǎn)軸要依照事前設(shè)定的系統(tǒng)程序，采用360°旋轉(zhuǎn)或是翻轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)木雕的立體雕刻，這就凸顯出旋轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)的重要性，是雕刻機(jī)實(shí)現(xiàn)立體雕刻的重要環(huán)節(jié)。（如圖2所示）雕刻機(jī)外形為真空吸附式平臺(tái)，其中Y軸以龍門式移動(dòng)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)雕刻，工業(yè)機(jī)器人會(huì)設(shè)置在龍門架位置，將雕刻機(jī)頭部設(shè)計(jì)在工業(yè)機(jī)器人末端軸位置，借助工業(yè)機(jī)器人與龍門架之間的協(xié)調(diào)動(dòng)作控制雕刻機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜雕刻加工品的生產(chǎn)。

（三）工業(yè)機(jī)器人

系統(tǒng)選擇MOTOMAN-MH50型號(hào)的工業(yè)機(jī)器人，這類機(jī)器人以垂直多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)為主，根據(jù)關(guān)節(jié)可區(qū)分為S、L、U、R、B、T等軸，這些關(guān)節(jié)設(shè)置增強(qiáng)了工業(yè)機(jī)器人的靈活性和增加了動(dòng)作空間，使工業(yè)機(jī)器人在木雕加工中具備干涉小、活動(dòng)空間大的優(yōu)勢(shì)，可以完成較為復(fù)雜的雕刻加工品，進(jìn)而提高木雕加工的綜合效率。在工業(yè)機(jī)器人實(shí)際應(yīng)用中，工業(yè)機(jī)器人會(huì)根據(jù)程度設(shè)定，按動(dòng)示教編程器進(jìn)行軸操作，控制關(guān)節(jié)坐標(biāo)中的軸動(dòng)作，自動(dòng)根據(jù)仿真木雕模型進(jìn)行雕刻，進(jìn)而保證木雕加工的精準(zhǔn)性，節(jié)約大量的人工成本，提高綜合加工效益。

二、工業(yè)機(jī)器人輔助數(shù)控精密木雕加工中心操作流程

在木雕加工中，針對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的木雕產(chǎn)品，單純依靠旋轉(zhuǎn)軸輔助加工無法保證其木雕精確度，這種情況下，就要引入工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行輔助加工，從多角度進(jìn)行雕刻加工，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜雕刻品的加工和生產(chǎn)，并提高木雕加工的精確性。在實(shí)際應(yīng)用中，工業(yè)機(jī)器人要和雕刻機(jī)溝通協(xié)作，系統(tǒng)采用I/O結(jié)構(gòu)進(jìn)行信息傳遞和交互，雕刻機(jī)完成加工任務(wù)后，會(huì)向工業(yè)機(jī)器人傳遞信息，機(jī)器人接受信息后向雕刻機(jī)反饋“信息已接收”信息，雕刻機(jī)離開工作區(qū)域，而機(jī)器人移動(dòng)到工作區(qū)域中進(jìn)行雕刻；當(dāng)工業(yè)機(jī)器人做好雕刻工作后，再次向雕刻機(jī)發(fā)送信息，雕刻機(jī)接受信息后向雕刻機(jī)反饋“信息已接收”信息，機(jī)器人離開工作區(qū)域，雕刻機(jī)進(jìn)入并開展后續(xù)雕刻工作。

三、結(jié)束語

本文通過對(duì)工業(yè)機(jī)器人輔助數(shù)控精密木雕加工中心的研究，得出：

1.工業(yè)機(jī)器人輔助數(shù)控精密木雕加工系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，可以實(shí)現(xiàn)木雕加工的自動(dòng)化生產(chǎn)，以轉(zhuǎn)軸控制進(jìn)行數(shù)控立體雕刻，進(jìn)而完成木雕的批量加工生產(chǎn)。

2.為了提高木雕加工的精確度，利用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行輔助雕刻，采用垂直多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，通過工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)作靈活性和空間活躍性，從多個(gè)角度出發(fā)開展木雕加工，控制關(guān)節(jié)坐標(biāo)軸動(dòng)作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜木雕品的加工與生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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