Lei Feng Fab Academy 2025第 7 周个人项目：显示器支架设计与切割
这节课的要求是设计、铣削和组装一个大型物品（约米级尺度），并尝试不使用紧固件或胶水（加分项）。我考虑为我的 1.6m × 0.6m 的可升降桌，制作一个宽大的显示器支架。
我的 1.6m × 0.6m 的可升降桌的样子，我希望在桌上增加一个显示器支架，以便更有效的利用桌面空间
Fusion 360设计过程
设计目标：为 1.6m × 0.6m 的电脑升降桌，设计一个 1.5m × 0.25m，高 0.12m 的显示器支架。
参数化设计：通过参数化设计，可以轻松调整以适应后期加工配合问题，对应不同板材厚度。
第一步：基础绘制与参数化设计
- 创建参考桌面
- 进入草图环境，在顶视图创建基础2D草图
- 设计一个长方形，尺寸为1600mm × 250mm作为顶板基础
- 在长方形四角添加R30.00圆角，使边缘更美观安全
草图设计如下图所示。
用参数化设计创建参考升降桌面的草图
- 然后挤出参考桌面的实体，我还指定了一个木质材质效果，如下图所示。
挤出可升降桌面，用于评估显示器支架的效果
第二步：顶板绘制与特征添加
- 设置顶板草图关键参数
- 长度：1500mm
- 宽度：250mm
- 板材厚度：18mm（根据CNC加工规格）
- 圆角半径：R25.00（四角）
- 细化草图，添加必要的连接孔和定位孔
- 在顶板两端绘制多个矩形孔（40mm × 18mm）用于支撑卡槽连接，在进行切割前，徐工将矩形孔调整为 46mm × 18mm，以便能够顺利安装
- 设置对称约束确保设计平衡
- 在中心位置添加导引线和定位点
- 添加尺寸标注
- 顶板总长：1500mm
- 总宽：250mm
- 连接槽长度：40mm
- 连接槽宽度：18mm
参数化设计的顶板草图，初始设计嵌入板材的槽孔为 40mm × 18mm。
根据实际加工要求，我将方形槽孔的宽度，由原来的 40mm，调整为 46mm，以便让板材能顺利嵌入。
修改后的槽孔调整为 46×18 mm，左右两侧靠边的槽孔深度也调整为 43mm
- 挤出顶板
- 选择主体草图
- 使用"挤出"命令创建实体
- 设置挤出厚度：18mm
- 应用适当的材质（木材纹理）
挤出后的顶板效果图
第三步：支架设计
- 创建支架草图
- 在合适的工作平面（xz）上绘制支架截面
- 设计支架形状， 做了 2 个齿以使其能够稳固支撑顶板
- 支架齿宽度：40mm
- 支架齿高度：18mm
- 支架宽度：150mm
- 支架高度：120mm
- 支架内部圆角：R20.00
- 挤出支架
- 将支架草图挤出至合适厚度
- 复制支架，在顶板底部均匀分布共7个支架
- 确保支架间距合理，提供足够支撑力
第四步：整体效果
最终完成的效果如下图所示，整个结构通过板材嵌入进行连接，不需要额外的钉子。
桌面显示器最终模样的效果图
可以看到为方便嵌入预留宽度在效果图中的痕迹
导出准备加工
- 确认各部件的正确定位和尺寸。
- 将设计草图（顶板与支撑）导出为DXF文件，便于CNC加工。
在草图上点击右键，导出支撑的 DXF
现在有了 2 个供切割的 DXF 文件。
从 Fusion 草图导出的顶板与支撑的 dxf 文件
接下来，我在 Adobe Illustrator 中，将两个 dxf 合并，并排练支撑所需的 7 个支撑。
在 Adobe Illustrator 中合并 dxf 文件为 1 个，并按实际切割需要的支撑数量复制和排列
最终导出一个新的 dxf 文件。
MasterCAM X6加工准备
在MasterCAM中，在徐国群工程师的指导下，我们进行了以下步骤：
- 导入设计文件：导入或DXF文件，并定义板材空间，如下图所示。
导入 dxf
- 布局加工设计文件与刀具路径：这部分工作比较复杂，基本是徐工操作，我们观摩。
为刀具路径设置刀具路径外形
为刀具路径设置刀具路径外形
设置刀具，包括刀具直径 8mm，进给率 5000，主轴转速 15000 等关键参数
设置切削参数
刀具外形铣削的共同参数设置
还需要对刀具路径进行串联管理设置，根据前面介绍的“由内到外，由小到大”的原则，安排刀具的切割路径。
规划刀具的切割路径
通过模拟刀具路径，可以检查切割过程的细节，注意需要掏空的孔洞刀具线条是在线条的内援运动，用于剪切外轮廓的刀具路线在线条的外援，如下图模拟的刀具路径所示，可以看到切割过程是分层进行的。
分层的刀具切割路径模拟
可以在 3D 模式下模拟刀具的切割过程
- 设置零点：完成布局后，需要设置加工零点。
- 生成加工文件：设置正确的参数后，生成最终 G-Code 加工文件。
我的书桌最终用于 CNC 切割的 G-Code 文件
CNC切割过程
在切割过程中，我们遵循了以下步骤：
- 放置加工板
- 固定板材
- **调整加工零点
- **开启空气处理设备
- **确认加工设置
- CNC切割过程监控
切割过程中失去和大板连接的小部件，要及时暂停（按 F10 键），等刀停转后，移走，否则容易在最后一圈破坏位移的零件。
需要及时清理脱离主板材的小部件，注意移走活动部件要在暂停后钻头停转进行
- 清理加工区域
组装显示器支架
在切割完所有部件后，我进行了组装：
- 检查部件
- 最终切割效果
- 内角修整
- 组装连接：用橡胶锤将修整好的板材敲打在一起，完成成品。
打印出的电脑桌零件
因为有上下 3mm 的预留，所以支撑腿很容易就插进顶板了
安装好后测试了一下支撑能力，很结实
成果展示
支架和顶板的缝隙我用热熔胶枪做了填充，让支撑能稳固的和顶板结合。
用热熔胶枪填充了接缝，人生的第一件自己设计制造的家具完工
实际使用效果让我很满意。
马上就投入使用，摆在了我的桌面上
设计源文件
我的显示器支架的 Fusion 设计文件获取：https://a360.co/41OZWJv
DXF 文件，G-Code 的 zip 文件下载：Lei-Feng-desk-dxf-nc.zip
经验总结
- 设计考虑加工限制：在设计时需考虑CNC加工的特性，避免内角等难以加工的结构。
- 刀具选择重要性：优质的刀具对于成功切割至关重要，软刀具容易断裂导致工作中断。
- 参数化设计优势：通过参数化设计，可以轻松适应不同厚度的材料和调整尺寸。
- 内孔设计：对于需要镶嵌板材的细小方形内孔，应将宽度左右各增大3mm，确保板材可以嵌入。
- 安全第一：在整个过程中，安全始终是首要考虑因素，包括正确佩戴防护装备和了解紧急停止程序。