研究以榫卯的當代傳承為導向,在綜合分析圓榫圓卯特點以及梳理圓榫圓卯在現代木結構建築中應用實例的基礎上,對"機械臂平台"數控製作圓榫圓卯的特點,誤差及其影響因素展開研究,並基於實物模型製作以接近真實呈現的方法,從構造,材料和構架三個方麵對圓榫圓卯木構架的優化方法展開了進一步的闡述,以期推動建築用榫卯製作的數字工業化進程,促進中國傳統木結構建築在當代的創新實踐發展。研究從數控製作層麵對榫卯的研究具有創新意義,從裝配式建造層麵對中國特色木結構建築體係的發展具有實踐意義。

【目的】榫卯加工代碼的製作是實現榫卯數控加工的關鍵,但傳統數控編程存在難度大、效率低、過度依賴CAM軟件等問題,因此有必要開發一款高效的榫卯智能化加工代碼生成係統。【方法】本研究首先利用成組技術對榫卯進行分組,提取各組榫卯的尺寸參數,建立參數化的工件數據庫。然後,通過對大量工藝經驗和已有榫卯配合相關研究成果的函數表達,實現了榫卯尺寸智能匹配。接著,利用模板技術建立了每一類榫卯零件的參數化加工代碼模板,並組建了刀具路徑代碼模塊。運用表達式驅動算法完成對代碼模板的實例化,由加工參數的變化帶動模板內數值的變動,進而自動生成NC代碼,實現了榫卯加工數控程序的參數化、模塊化設計。最後,基於後處理原理,通過外接程序的方式完成坐標補償值的自動計算與添加,實現了加工代碼後處理自動補償。在此基礎上,運用可視化的編程語言VB開發了一款榫卯智能化加工代碼生成係統。【結果】結合改良型粽角榫零件加工代碼的製作,驗證了係統的可行性。通過實際加工以及對被加工零件尺寸的檢驗,驗證了係統生成加工代碼的準確性。【結論】本係統具有操作簡單、質量穩定等特點,實現了榫卯加工編程工序的簡化和代碼的自動生成,極大地提高了編程效率,有助於推動榫卯加工由經驗型向知識型的轉變。

開榫機是實木加工的核心裝備,也是木工行業生產中應用數控技術的機床之一,開榫機是實木家具機械最獨特的設備,傳統開榫機非常完善,近代新型開榫機技術的進步主要體現在數控,自動化,一次成型和專業化上,但是國內市場上還沒有完成多種古典家具複雜榫頭的機床。 本課題針對家具複雜榫頭的加工工藝,提出一種四軸古典家具榫卯複合加工中心的方案,在已有原型機的基礎上,並根據該方案對四軸古典家具榫卯複合加工中心的結構進行設計與優化。 通過對家具複雜榫頭結構尺寸和工藝要求的分析,確定四軸古典家具榫卯複合加工中心的組成和布局,並在研。。。 展開 開榫機是實木加工的核心裝備,也是木工行業生產中應用數控技術的機床之一,開榫機是實木家具機械最獨特的設備,傳統開榫機非常完善,近代新型開榫機技術的進步主要體現在數控,自動化,一次成型和專業化上,但是國內市場上還沒有完成多種古典家具複雜榫頭的機床。 本課題針對家具複雜榫頭的加工工藝,提出一種四軸古典家具榫卯複合加工中心的方案,在已有原型機的基礎上,並根據該方案對四軸古典家具榫卯複合加工中心的結構進行設計與優化。 通過對家具複雜榫頭結構尺寸和工藝要求的分析,確定四軸古典家具榫卯複合加工中心的組成和布局,並在研究家具複雜榫頭的製造工藝基礎上,對機床的部件結構進行詳細的設計分析。采用SolidWorks對四軸古典家具榫卯複合加工中心結構進行三維建模,並通過虛擬裝配仿真,建立加工中心虛擬樣機,為後期加工中心靜態分析,模態分析打下基礎。 針對四軸古典家具榫卯複合加工中心的工作特性對整機結構進行有限元仿真,基於有限元理論對整機的靜動態特性進行分析,分析結構薄弱點,並對關鍵功能部件(立柱)建模,分析和優化。以提高立柱的抗振性能為出發點,通過改變四軸古典家具榫卯複合加工中心立柱的內部結構,尋求優化立柱的設計方案。以改變立柱結構固有頻率為優化目標,提出該立柱結構的優化方案,並對方案進行分析。分析結果表明,在保持結構質量穩定的情況下,立柱的動態性能有了相應的提高。 通過對複合加工中心的夾具係統進行分析,列出夾具係統的拓撲結構,低序體陣列和特征矩陣。並對夾具係統進行誤差分析,建立了空間誤差模型。判斷裝配精度對加工精度的影響,並對夾具係統進行優化改造,通過實際加工,驗證優化改造的合理性。 收起

基於數字化加工,設計了一種既保留傳統裝配優點又便於數控加工的新型粽角榫,並從加工效率和極限抗彎強度2個方麵驗證了該改良方式的合理性。首先分析了粽角榫加工現狀和數控加工的特征,總結出了榫卯數字化改良的4點原則;根據改良原則,設計了一款新型粽角榫;以櫸木為原料,利用UG軟件和五軸加工設備製作改良型粽角榫,同時采用人工製作傳統粽角榫試件;分別記錄改良型和傳統型粽角榫加工時長並進行對比;通過力學試驗,對改良型與傳統手工粽角榫進行了極限抗彎強度的比較。結果發現,在端麵尺寸均為40 mm×40 mm時,由於數控加工的改良型粽角榫尺寸精確且穩定,改良型粽角榫的平均抗彎強度較傳統粽角榫提高7。122%;改良榫卯的加工耗時僅為傳統手工的4。725%,加工效率顯著提升。本研究總結的榫卯優化原則為榫卯結構改良提供了依據,加工時長和力學強度的對比方法也將為判斷改良榫卯的優劣提供理論參考。

本發明公開了一種用於板材三麵榫卯一體化的數控除屑加工裝置,包括安裝框體和收集箱。該用於板材三麵榫卯一體化的數控除屑加工裝置,在加工刀具的上方安裝噴氣管,在切割的過程中通過噴氣管將切割產生的木屑向外側吹出,同時負壓機通過抽氣管將收集箱內部的空氣向外抽出,木屑由木板上方被吹至木板外側時,隨著收集箱上方的空氣向下被吸入至收集箱內部,代替人工清理,從而達到自動對木屑進行收集的效果,並且防止木屑飛濺至外部影響木板加工質量和生產環境。

本發明提供了一種多自由度的四軸數控斜榫機,包括床身,刀架及刀具;床身包括長軸,水平台麵和X軸移動軌道;刀架整體安裝在X軸移動軌道上,包括機座,機架及裝刀台,機座由X軸驅動裝置驅動沿X軸移動軌道可滑動地安裝,其上具有Y軸移動軌道;機架由Y軸驅動裝置驅動沿Y軸移動軌道可滑動地安裝,其上具有Z軸移動軌道;裝刀台由Z軸驅動裝置驅動沿Z軸移動軌道可滑動地安裝,其上具有退刀軌道;刀具由退刀驅動裝置驅動沿退刀軌道可滑動地安裝。本發明的優點在於,加工先進,結構優化,對各種型式的榫卯結構實現快速,高質的加工;解決榫卯加工過程中出現的爆邊現象;另外本機擁有數個刀具,每個刀具都有退刀裝置,換刀速度快,縮短加工時間。

目的榫卯結構尺寸的確定是編寫榫卯數控加工代碼的前提,也是實現榫卯數控加工的基礎,但現有的通過反複修改榫卯幾何模型確定榫卯尺寸的方式,效率低,難度高,嚴重影響了榫卯數字化加工的發展。因此,有必要設計一種榫卯尺寸智能化確定的方法。方法以改良型格肩榫為例,首先利用參數化的設計思想,建立格肩榫的數學模型並提取了格肩榫尺寸參數;然後根據榫卯裝配體零件的特征,基於裝配約束,從位置關係和配合關係兩個角度,建立格肩榫尺寸參數間的關係函數;再基於工藝約束,從數控加工方式,市場調研結果和工藝知識這3個方麵,確定部分尺寸的取值範圍和預設參考值,並建立尺寸參數與工藝約束間的關聯函數;最後,以零件的斷麵尺寸為輸入參數,整合關聯函數,取值範圍和預設參考值,建立尺寸參數關聯函數表。結果通過建立榫卯數學模型,提取了榫卯各類尺寸參數;根據榫卯裝配和工藝約束,成功建立了榫卯尺寸參數間的函數關聯,並獲取了尺寸參數的取值範圍和預設推薦值;通過建立尺寸參數關聯函數表,實現了隻需輸入榫卯零件的斷麵尺寸,係統就可以自動輸出榫卯其他尺寸參數值。結論在裝配和工藝兩方麵綜合約束函數基礎上建立的榫卯尺寸智能確定方法,是對榫卯工藝知識的數字化整理和重用,不僅能實現榫卯尺寸的智能確定,也為實現榫卯乃至實木加工的智能製造提供了基礎條件。