隨著數控技術的成熟及廣泛應用，數控雕刻機在家具雕刻生產中的應用也越來越普遍。利用數控雕刻機制作雕刻件，生產速度快、精度高’可實現大部分實木雕刻或板面銑型作業，而且能保留實木材料的天然色澤、紋理和質感，是代替手工雕刻的首選方法。
 

市場上數控雕刻機的類型很多，按用途可分為平面雕刻機、立體雕刻和專用圓柱雕刻機;按結構形式分可分為龍門工作臺移動結構、龍門移動結構、單臂十字滑臺結構等;按動力頭數量可分為單軸、雙軸以及多軸；按銑削動力形式可分為普通雕刻機和激光雕刻機等。
 

市場上平面雕刻機的種類最多,一般來說，單軸或雙軸工作范圍大,主要用于木門、櫥柜、板式家具等大幅面零部件雕銑作業;而多軸則主要用于實木雕刻,一次可加工多件相同圖案的雕刻件。平面雕刻機多為龍門結構，XY坐標行程取決于臺面大小及主軸數量,Z軸行程通常為100~200mm，加工精度可達0.05mm。主軸功率為2.2~5.5kW,轉速一般為6000-24000r/min且可無級調速，可裝夾3、4、6mm以及12.7mm等不同直徑的柄銑刀，有些甚至還配有自動換刀系統。常用的木工雕刻用銑刀為各種平底尖刀、中心尖刀、直刀甚至成型銑刀,它們各有優缺點和相應的適用范圍，以適應不同類型的雕刻作業。

和手工雕刻一樣，用于數控雕刻的工件應該先通過其他設備銑削加工成大致的輪廓，然后按要求定位在數控雕刻機床上，并調整好坐標位置并固定。CNC雕刻作業時可根據待加工雕刻圖案的不同，設置不同的運動方式:一種是與普通的CNC銑床相同，利用直刀或相應的型刀按照圖案的路徑進行表面雕銑作業，這種作業方式主要適用于簡單的線形圖案或裝飾槽的銑削加工。另一種是普通的雕刻作業，工件在臺面沿Y軸放置，并與刀軸居中對齊(或鏡向對齊），如圖1(a)所示，利用平底尖刀或中心尖刀進行掃描式逐行雕銑,即刀架(或臺面)在Y軸上作間歇步進運動,刀具左右(X軸）擺動并根據雕刻的深度控制刀具的伸出量(Z軸），逐行依次循環完成整個工件的雕刻，如圖1(b)所示。平面雕刻機主要適合雕刻深度不大的二維工件，對于桌腿等兩面都有雕刻的零部件，可將工件翻轉90°進行兩面雕刻來實現立體雕刻。
 

與平面雕刻機不同，三維立體雕刻機的工件裝夾方式與車床類似，工件被夾緊后可隨夾緊軸旋轉，刀軸(或臺面）沿工件軸向（Y軸）移動，刀具的伸出量(Z軸)根據雕刻半徑自動控制，從而實現立體雕刻，這類雕刻機多設計成多軸，以提高工作效率,如圖2所示。也有專門針對尺寸較大的圓柱工件(如餐桌立柱、佛像等)而設計的單軸立體雕刻機，如圖3所示。
 

待雕刻零件應事先加工成木方，圓柱形零件，還應先用車床車制成零件毛坯，并留取相應的雕刻余量，然后按要求定位裝夾在卡軸之間。立體雕刻機有兩種基本的雕刻作業方式：一種是刀具沿工件的軸向作間歇步進運動,工件做旋轉運動完成切削，這是立體雕刻最常用的作業方式，可以得到精細度較高的雕刻效果,如圖4(a)所示,•另一種是工件在夾緊軸上做間歇旋轉運動,通過刀具的軸向移動完成切削，相比之下，這種雕刻作業方式效率較高，經常用于雕刻精度要求不高的工件,或者用于對復雜雕刻件的毛坯預雕銑，以減少后續進一步雕刻的吃刀量，如圖4(b)所示。
 

 

隨著激光技術的發展，激光雕刻機在木工雕刻中的應用也越來越多。激光雕刻的原理就如同打印機一樣,通過高能激光點陣在木材上刻蝕出所需的圖案，雕刻的深度可通過激光強度及雕刻速度來調節，雕刻的表面質量取決于激光束光斑的大小。激光雕刻操作方便，可兼容各種圖形軟件（如AutoCAD、CorelDraw、Photoshop等）;而且激光雕刻屬于非接觸式雕刻，減少工件受刀具銑削產生形變的影響，被雕刻表面光滑圓潤,精度高，生產效率高;而且激光雕刻時光斑小，密度大，控制方便,可實現非常精細和復雜的雕刻作業。但激光雕刻機通常只能做二維雕刻，即要求待加工表面為平面或相對規則回轉體表面，而且激光雕刻的工件

4立體雕刻
 

數控雕刻技術在家具生產中的應用——劉培義表面可能會有燒焦的痕跡，影響涂裝效果，因而在家具生產中受到一定的限制，主要用于平面雕刻、板面銘牌制作、腳柱雕刻等。圖5所示為常見的激光雕刻機及工作場景。

4三維立體掃描儀

數控雕刻作業的關鍵步驟是雕刻圖案繪制和CNC編程，簡單的圖案可通過AutoCAD軟件直接繪制，但復雜的雕刻圖案很難通過繪圖軟件來實現，這時通常要先用手工雕刻的方式制作雕刻樣品，然后用三維掃描儀將樣品數據錄人到電腦系統，轉化為三維數據模型。

三維掃描儀可分為接觸式和非接觸式兩類，非接觸式又分為激光掃描式和照相式兩類，激光掃描式多用于平面雕刻機，照相式則多用于立體雕刻。激光掃描式是由掃描儀發出一束激光束(或光帶)照射到被測量物體表面并在被測量物體上移動，利用數碼相機接收其反射光束，獲得與拍攝物點之間的距離，從而采集出物體的表面形狀數據。激光三維掃描儀大多安裝在平面雕刻機的動力頭上(如圖6所示），通過動力頭的移動來完成掃描，工作時可通過調節掃描儀的測量精度和動力頭的移動速度來獲得不同的掃描效果，一般來說，工件表面雕刻越精細，激光掃描儀的精度設置應越高,掃描時的移動速度也應越慢，以便獲得更為精細的點云數據。由于掃描時多為平面移動方式,因而該類型掃描儀主要適用于平面型工件的掃描。

 

照相式掃描儀則類似于照相機對視野內的物體進行照相,不同的是照相機攝取的是物體的二維圖像，而掃描儀獲得的是物體的三維信息。它通過光柵發射器投射一系列光柵條紋到物體表面，經過物體表面發生變形，然后借助兩個數碼相機對光柵干涉條紋進行拍照,利用光學拍照定位技術和光柵測量原理,獲得工件表面的完整點云，基于標記點拼接或者特征拼接，可以得到物體360°各個方位的數據，因而照相式掃描儀更適合立體或放置體工件的掃描。照相式三維掃描儀可做成固定式和手持式(如圖7所示），整體上價格較激光掃描儀要高。

 

經三維掃描得到的數據為點云數據,需要經過噪聲除去、多視對齊、數據精簡和曲面重構等步驟來獲得樣品的三維模型。模型數據經專用的軟件處理后可導人到CAD或CAM等軟件進行后續編輯處理，設定刀具運動軌跡，進而生成數控雕刻機可識別的NC代碼。
 

 

影響數控雕刻作業效率的兩個重要指標是加工速度和進給速度(也叫步進距離或吃刀量）:加工速度指刀具加工過程的移動速度(一般為4~15m/min),主要取決于刀軸動力的大小、木材的硬度、切削深度及刀具的直徑;而進給速度指間歇運動時每次的行程距離(一般為0.05~0.5mm)，主要取決于刀具的直徑、雕花的復雜程度及雕刻表面精度要求。一般來說，刀具類型及直徑應根據雕花線條粗細及復雜程度來選用，刀具直徑越小、端部越尖越能適應復雜的雕刻工作，但效率也會越低。刀具選定后，刀軸動力越大、木材硬度越低、切削深度越淺則加工速度可提高;而進給速度越大’則一次性雕銑量越大，加工效率越高’但工件的表面越粗糙，后續砂光作業的工作量也越大。

數控雕刻作業主要是靠小直徑的刀具沿指定路徑將木材表面銑削成所需的形狀，每次銑削量通常不足0.5mm，因而實際上數控雕刻的生產效率并不高，通常一根800mmx100mm左右工件，正常雕刻作業也要l~2h，而且生產過程中如果吃削量過大也容易斷刀或出現廢品。一般來說,刀具的直徑(刀尖角度)及步進距離要根據雕刻制品本身的精細程度及雕刻制品的質量要求來確定，在保證質量的情況下應盡可能選用大直徑的雕刻刀具。在實際生產中，為提高雕刻作業的生產效率,通常可從兩個方面來考慮：一是將工件上大面積需要鏟削的部分，可通過手工雕刻的方式來輔助完成;另一種是在正式雕刻作業前，在雕刻機上裝上大直徑的平底直刀對工件毛坯進行初步雕銑，形成相對精確的雕刻毛坯，這樣精雕時的吃刀深度小，因而可以提高雕刻時的加工速度。只有發揮手工雕刻和機械雕刻、尖刀和直刀各自的優勢，才可發揮雕刻設備的最大效能。

經機械雕刻后得到的工件表面，通常并未達到產品的質量要求和涂裝要求，需要進一步的砂光處理。實際生產中可用粽砂、八瓣砂等軟質砂光設備來輔助砂光，以提高砂光效率，對于有些雕刻精度要求不高的精雕零部件,甚至可以只雕出大致的輪廓，然后直接用機械砂光設備來代替部分手工雕刻和修磨作業。當然，對于精細的雕刻工件，還是要求用手工進行仔細地修磨處理。

簡單的說,完整的CNC雕刻作業過程可分為樣品制備-->三維掃描-->建立雕刻模型-->生成刀具軌跡-->板坯制備-->板坯裝夾定位-->雕刻機自動雕刻-->后期修整及砂光處理等幾個步驟。