杉木的品種特性及應(yīng)用

杉木的品種特性及應(yīng)用

楠木l.f.材料硬度適宜，色澤、質(zhì)地美觀，耐腐蝕性好。它主要用于高級鋼琴風(fēng)琴外殼、工藝雕塑和高品質(zhì)家具的制造。由于其抗化學(xué)試劑的特點，它也被用于制作工農(nóng)業(yè)用盒子和桶。它被稱為“木材之王”，深受人們喜愛。目前國內(nèi)家具市場上，柚木主要用于制作明清古典家具和新中式家具。其中明清古典家具以雕刻為主要裝飾手法，同時通過雕刻吉祥紋樣點綴裝飾，表達人們美好的祝愿。此外，雕刻也是攢門、鑲嵌等裝飾工藝的前期處理方式選取市場上明清古典家具常用紋樣為變量，采用單因素試驗法從以下兩個方面探究小徑柚木數(shù)控雕刻加工性能的影響因素，以期為雕刻過程中木材起毛問題提供理論支撐：1）結(jié)合“上坡起毛”規(guī)律，采用小線段擬合曲線的方法，將曲線紋樣分解為若干直線線條，分析紋樣線條與木材紋理方向所成角度對數(shù)控雕刻加工性能的影響。2）結(jié)合“切削起毛”規(guī)律，研究刀具主軸轉(zhuǎn)速、進給速度和木材有效切削作用力的相互關(guān)系，以刀具主軸轉(zhuǎn)速與進給速度的參數(shù)配比為變量，探究其對數(shù)控雕刻加工性能的影響，以期找到提高雕刻性能的突破口，全面推進小徑柚木家具制造集成技術(shù)。1材料和方法1.1細胞系小徑柚木：產(chǎn)于云南省西雙版納，樹齡15～20年，平均直徑143mm。試驗板件尺寸為300mm×200mm×15mm（電視柜門芯板尺寸）實木拼板（實際生產(chǎn)中一般實木板料為拼接制得），氣干密度為0.54g/cm1.2刀具路徑轉(zhuǎn)nc加工精雕機為杰臣1318，精雕控制系統(tǒng)為維宏NCStudio，精雕刀具為廣州樺銳刀具有限公司生產(chǎn)的錐度平底刀（JD-30-0.3，錐度30°，底直徑0.3mm)，制圖軟件為北京精雕JDPaint5.21，刀具路徑轉(zhuǎn)NC加工代碼軟件為諾誠NC轉(zhuǎn)換器NCConverter。1.3磨砂質(zhì)量的評定1）手觸摸及氣槍吹不掉的木材毛屑被認為起毛。2）根據(jù)對后續(xù)手工磨砂的難易程度及消耗時長進行質(zhì)量等級評定，分別為1級、2級、3級、4級、5級，質(zhì)量等級逐級遞增1.4測試方法1.4.1雕刻紋樣與紋樣加工工藝雕刻紋樣：選用市場上明清古典家具常用雕刻紋樣，包括四君子（梅、蘭、竹、菊）、荷花、牡丹、山水人物、如意龍紋、云鳳紋及幾何紋，共10種雕刻紋樣，每種紋樣試驗雕刻樣本為5個。試驗條件：1）為避免刀具對試驗結(jié)果造成影響，試驗用刀具為新刀，保證鋒利程度；2）刀具運動方向與木材紋理方向成90°角，此時雕刻質(zhì)量最好試驗方案參數(shù)：1）采用曲面精加工方法，平行截線（精）的走刀方式；2）刀具的路徑間距為0.11mm;3）加工進給倍率為70%1.4.2木材紋理方向與尺寸試驗條件雕刻紋樣：30mm（長）×6mm（寬）×3mm（深）的半圓直線段，以3°為間隔，圓形陣列（如圖1所示），圖形總尺寸為250mm×250mm，每個試驗樣本數(shù)為5個。試驗條件：1）為避免刀具對試驗結(jié)果造成影響，試驗用刀具為新刀，以保證鋒利程度；2）兩種加工方式：刀具運動方向與木材紋理方向平行和垂直；3）刀具主軸行進速度6000mm/min，刀具主軸轉(zhuǎn)速24000r/min。試驗方案參數(shù)：1）采用曲面精加工方法，平行截線（精）的走刀方式；2）刀具路徑間距為0.11mm;3）加工進給倍率為70%1.4.3試驗2：水平間距雕刻紋樣：為縮短試驗時間，將圖1紋樣的圖案縮小至初始圖案的一半，仍為半圓直線段，以3°為間隔，圓形陣列，圖形總尺寸為125mm×125mm，每個試驗樣本數(shù)為5個。試驗條件同試驗2。試驗方案參數(shù)：1）曲面精加工，平行截線（精）的走刀方式；2）刀具路徑間距為0.11mm;3）加工進給倍率為10%。2結(jié)果與分析2.1加工性能分析2.1.1數(shù)控雕刻紋樣分析雕刻試驗效果如圖2所示，經(jīng)評分定級，質(zhì)量等級結(jié)果如表1所示。結(jié)合圖表分析可知，10種雕刻紋樣的雕刻樣本得分一致，平均為3，這說明：1）小徑柚木數(shù)控雕刻性能為3級，處于中等水平；2）不同種雕刻紋樣對雕刻質(zhì)量無明顯影響，小徑柚木數(shù)控雕刻質(zhì)量與雕刻紋樣種類無關(guān)，與自身材性有關(guān)。2.1.2小木材砂漿的抗起毛刺結(jié)果小徑級速生柚木心材和邊材區(qū)分明顯，心材顏色深呈黃褐色，邊材顏色淺呈淡黃色至白色。由于其導(dǎo)管粗且邊材質(zhì)地較心材疏松，加工過程中易出現(xiàn)毛刺（圖3所示），但因小徑柚木木材相對質(zhì)硬，這種平面毛刺的磨砂工作相對容易，而紋樣線條上產(chǎn)生的毛刺細小，且需注意保護紋樣的美感與尺度，操作更繁雜，后續(xù)人工磨砂工作量較大。2.1.3坡面起毛現(xiàn)象1）“上坡起毛”規(guī)律：10種雕刻紋樣，30個雕刻樣本的雕刻均出現(xiàn)相同的起毛現(xiàn)象，即以NC加工代碼y軸正軸方向為視線基準(zhǔn)方向，紋樣線條左側(cè)從最低點到最高點的上坡階段出現(xiàn)起毛現(xiàn)象，紋樣線條右側(cè)從最高點到最低點的下坡階段相對光滑，且紋樣不同部位起毛程度不均，如圖4為“上坡起毛”現(xiàn)象的局部示意圖。2）“切削起毛”規(guī)律：10種雕刻紋樣，30個雕刻樣本的雕刻過程中，均出現(xiàn)相同的刀具切削現(xiàn)象，即從NC加工代碼x軸坐標(biāo)值從0→最大值時（從左→右加工時），雕刻部位出現(xiàn)毛刺立在雕刻基面上，從NC加工代碼x軸坐標(biāo)值從最大值→0時（從右→左加工時），雕刻部位無毛刺立于雕刻基面，如圖5所示。2.2影響因素分析2.2.1坡面系面為硬雕刻試驗結(jié)果如圖6、7所示。結(jié)果表明：1）刀具運動方向與木材紋理方向垂直，紋樣線條與木材紋理方向所成角度為60°～120°時雕刻面相對光滑，0°～60°時上坡起毛程度逐漸減弱，120°～180°時上坡起毛程度逐漸增強；2）刀具運動方向與木材紋理方向平行，紋樣線條與木材紋理方向所成角度為135°～180°時雕刻面相對光滑，0°～135°時上坡起毛程度逐漸減弱。這說明加工方式不同，紋樣線條與木材紋理方向所成角度不同，雕刻質(zhì)量也不同，同時也是“上坡起毛”規(guī)律中紋樣不同部位起毛程度不均的根本原因。2.2.2紋樣雕刻加工克氏原螯蝦紋樣木纖維的制備雕刻試驗過程中出現(xiàn)的“切削起毛”規(guī)律與刀具在單位距離上切削木材的次數(shù)有關(guān)。小徑柚木是闊葉材，木纖維占比為50%，直徑范圍為0.01～0.05mm1）刀具運動方向與木材紋理方向垂直，從左→右加工時，刀具主軸順時針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為24000r/min(400r/s），進給倍率70%(6000mm/min×0.7=70mm/s），即每0.175mm的行進距離上，刀刃會切削木材1次，而理論上每0.175mm的距離上有1.75～8.75根木纖維需被切割斷，說明此時會有部分木纖維未被完全有效切割，這些未被有效切割的木纖維被刀具拖走拉斷并產(chǎn)生毛刺。從右→左加工時，未被有效切割的木纖維被刀具強制折斷產(chǎn)生毛刺，進而形成起毛現(xiàn)象。雖然右→左加工比左→右加工看起來較光滑，且無毛刺立在雕刻基面上，但實際上兩種方式均會起毛，只是左→右加工木纖維是被拉斷，而右→左加工木纖維是被折斷。同理，刀具主軸順時針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為24000r/min(400r/s），進給倍率10%(6000mm/min×0.1=10mm/s），即刀具每0.025mm的行進距離上切削木材一次，此段距離上有0.25～1.25根木纖維，此時木纖維可被完全切割斷（如圖8所示），拋開木材自身導(dǎo)管因素，可認為幾乎沒有起毛現(xiàn)象。這說明，刀具運動方向與木材紋理方向垂直時，若選擇合適的主軸轉(zhuǎn)速和進給速度參數(shù)，刀具能將木纖維完全切割斷，可避免起毛現(xiàn)象發(fā)生。2）刀具運動方向與木材紋理方向平行，從左→右加工時，切削掉的木材呈刨花狀；從右→左加工時，切削掉的木材呈木屑狀。進給倍率為70%時（如圖7所示），紋樣雕刻處因木纖維未被完全切割而被拉斷，出現(xiàn)大量木毛，還有部分刨花未被完全切割掉仍掛在木材上，且加工過程中產(chǎn)生的刨花容易纏繞刀具，使刀具斷蹦；進給倍率為10%時，紋樣雕刻處相同的行進距離切削次數(shù)增多，但因其類似刨切切削，仍有部分木纖維未被完全切割而被拉斷，產(chǎn)生木毛（如圖9所示），但較圖7有改善。這說明，刀具運動方向與木材紋理方向平行時，主軸轉(zhuǎn)速和進給速度參數(shù)搭配合適能降低木材起毛程度，但無法避免。3精細雕刻加工中起毛規(guī)律及應(yīng)對措施1）小徑柚木大部分力學(xué)性能處于中等水平2）加工方式的選擇很重要，無特殊情況下，刀具運動方向應(yīng)與木材紋理方向垂直，此時加工質(zhì)量良好且安全。3）“上坡起毛”是小徑柚木在CNC雕刻過程中的主要起毛規(guī)律。若生產(chǎn)中不具備將主軸轉(zhuǎn)速和進給速度參數(shù)搭配調(diào)整到合適的條件，則精雕作圖時應(yīng)盡量避免起毛嚴(yán)重的線條角度，后續(xù)磨砂時也應(yīng)根