關(guān)于現(xiàn)代木家具制造刨削工藝

1、現(xiàn)代木家具制造刨削工藝2007-07-22 10:39作者：南京林業(yè)大學(xué)木材工業(yè)學(xué)院 朱劍剛木材經(jīng)過“配料”這一加工階段后，被制成了規(guī)格毛料，為了將其進(jìn)一步加工成符合尺寸的形狀和表面質(zhì)量要求的零件，接著刨切加工稱“毛料加工”，這一加工工序承上啟下，為更為精細(xì)、更為豐富的后續(xù)加工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 刨削加工作為“毛料加工”中最主要的加工方式之一，深受家具制造業(yè)的重視。本文因此結(jié)合現(xiàn)代木材加工技術(shù)對刨削加工進(jìn)行探討。 1刨削加工的理論基礎(chǔ) 11“毛料加工”工序的基本要求木材的切削加工是“通過改變木材的幾何形狀或改善木材表面的光潔度從而將木材轉(zhuǎn)變成增值產(chǎn)品”的過程。經(jīng)“配料”工序后，所得到的毛料表面是

2、粗糙不平的。為了使木家具零部件獲得正確的尺寸和光潔的表面，必須保證在加工各表面時(shí)，有一個(gè)準(zhǔn)確的定位。作為后續(xù)工序加工的基準(zhǔn)，并逐步加工其它面，加工基準(zhǔn)面便是“毛料加工”工序的基本要求。 12質(zhì)量要點(diǎn) 從工業(yè)生產(chǎn)的角度而言，如圖1所示，刨削加工所獲得工作的表面質(zhì)量常是通過二個(gè)指標(biāo)來表征的，即節(jié)距（P）和峰高（h）。根據(jù)木材銑削原理，凡是以刨削方式切削形成的工件表面，都會留下有規(guī)律的波紋。節(jié)距（P）可以理解為波紋長度，即刨削加工中，每一指導(dǎo)切削刃削木材時(shí)在木材表面的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的距離。其值的大小和進(jìn)料速度（F）、刀軸轉(zhuǎn)速（R）及刀具上切削刃的數(shù)目（N）有關(guān)，它們之間的關(guān)系如公式（1）所示： P=

3、1000F/RH(1) 式中：P節(jié)距，mm F進(jìn)料速度，M/min R刀軸轉(zhuǎn)速度，r/min N切削刃數(shù)量 而峰高（h）則為刀刃削入木材的深度，其值和節(jié)距（P）和刀具的切削圓直徑（D）有關(guān)，它們之間的關(guān)系如公式（2）所示： h=p2/4D(2) 式中：h峰高,mm p節(jié)距,mm D切削圓直徑, mm 對于工作表面加工質(zhì)量而言，節(jié)距越短，工件就越平滑，峰高越小，工件的表面平整度就越好。但在實(shí)際生產(chǎn)中，過小的節(jié)距往往會造成刀具的快速磨損，而峰高又和節(jié)距的大小相關(guān)。經(jīng)驗(yàn)表明，家具生產(chǎn)中，將節(jié)距控制在1.5-1.7mm,將峰控制在0.001-0.005mm時(shí)，能獲得好的表面質(zhì)量，同時(shí)也能減少對刀具的磨

4、損并保證一定的加工效率?？梢哉f，理解節(jié)距和峰高之間的關(guān)系對保證工件表面加工質(zhì)量顯得尤為重要。 2刨削方案的選擇 毛料通過各種刨床的加工達(dá)到要求的形狀和尺寸而成為凈料。平面的刨切加工主要有以下幾種工藝方法，特點(diǎn)如下： （1）平刨加工基準(zhǔn)面和側(cè)面，壓刨加工相對面和邊。運(yùn)用此加工方法可以獲得精確的形狀、尺寸和較高的表面質(zhì)量，但此加工方法勞動強(qiáng)度較大、生產(chǎn)效率低，適合于毛料不規(guī)格以及生產(chǎn)規(guī)模較小的生產(chǎn)。 （2）先平刨加工一個(gè)或兩個(gè)基準(zhǔn)面（邊），然后用四面刨加工其它幾個(gè)面。此法加工精度稍低，表面較粗糙，但生產(chǎn)率比較高，適合于毛料不規(guī)格以及一些中、小型規(guī)模的生產(chǎn)。 （3）先由雙面刨或四面刨一次加工兩個(gè)相對

5、面，然后用多片鋸縱解加工其它面。此次加工精度稍低，但勞動生產(chǎn)率和木材出材率相對較高，適合于毛料規(guī)格以及規(guī)模較大的生產(chǎn)。 （4）用四面刨一次加工四個(gè)面。采用此法要求毛料比較直，因沒有預(yù)先加工出基準(zhǔn)面，所以加工精度較差，但勞動生產(chǎn)率和木材出材率高，適合于毛料規(guī)格以及規(guī)模較大連續(xù)化生產(chǎn)。 （5）壓刨或雙面刨分幾次調(diào)整加工毛料的四個(gè)面。此法加工精度較差、生產(chǎn)效率較低、比較浪費(fèi)材料，但操作較簡單，一般只適合于加工精度要求不高、批量不大的內(nèi)芯用料。 （6）平刨加工基準(zhǔn)面和邊，銑床（下軸立銑）加工相對面和邊。此法生產(chǎn)率較低，適合于折面、曲平面以及寬毛料的側(cè)邊加工。 在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)零部件的質(zhì)量要求，合理

6、地選擇刨削設(shè)備及工藝程序，以保證加工質(zhì)量和加工效率。 在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)該根據(jù)零件的質(zhì)量要求及生產(chǎn)量，來合理選擇加工設(shè)備和加工方法。鋸切后的精截毛料經(jīng)過基準(zhǔn)面、相對面的加工以后，可根據(jù)所得到凈料的尺寸精度、開頭精度和表面粗糙度業(yè)評定其加工質(zhì)量，確定其能否滿足互換性的要求。凈料和尺寸和形狀精度由所采用的設(shè)備和選用的加工方法來保證，而表面加工質(zhì)量則取決于刨削加工的工藝規(guī)程。 木材的刨削設(shè)備是一個(gè)較大的產(chǎn)品系列，主要的設(shè)備有傳統(tǒng)的加工毛料基準(zhǔn)的平刨床、加工基準(zhǔn)相對面的壓刨床、能同時(shí)對工件上、下平面進(jìn)行加工的雙面刨床，高效率的四面刨床，還包括能將毛料進(jìn)行定厚雙面刨削并再經(jīng)多片鋸縱剖以制成四面光潔、斷面尺

7、寸一致的產(chǎn)品壓刨多片鋸等特殊的刨削設(shè)備。 傳統(tǒng)的刨削加工是在平刨床上刨基準(zhǔn)面，再由壓刨床來定厚與刨相對面，雖然此種刨削方案以精度高，可獲得準(zhǔn)確的形狀和尺寸，表面也比較光潔等優(yōu)勢而曾得到廣泛的采用，但由于其勞動消耗大、生產(chǎn)效率低，尤其是操作中普遍存在的不安全因素，使得其在現(xiàn)代木家具生產(chǎn)中已逐漸被新型設(shè)備所替代。 四面刨的出現(xiàn)使得刨削加工產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，雖然早期的四面刨在毛料加工中為保證加工精度，還需要和傳統(tǒng)的刨削設(shè)備進(jìn)行配合來完成加工。但隨著技術(shù)的發(fā)展，新型四面刨集高精度、高效率、安全性以及型面一次成型等諸多優(yōu)勢于一身，使其在生產(chǎn)中逐漸得到大量運(yùn)用，并真正成為方材“毛料加工”的主流選擇方案。 四

8、面刨采用機(jī)械進(jìn)料，工序集中，可一次就工件四個(gè)表面進(jìn)行加工，并可以加工出各種不同開頭的成型表面。通過靈活的刀軸配置，將粗、精加工分開，從而使所得到的零件質(zhì)量好。并且具有工人的勞動強(qiáng)度小、進(jìn)給速度高、勞動生產(chǎn)率高、設(shè)備利用率高、木材出材率高等優(yōu)點(diǎn)，適合方材毛料規(guī)格材及連續(xù)化生產(chǎn)的木家具企業(yè)采用。同時(shí)，四面刨也是生產(chǎn)木門窗、像框、地板及裝飾木線條等產(chǎn)品的企業(yè)的主要設(shè)備。 3四面刨加工技術(shù)概覽 31典型加工產(chǎn)品 毛料經(jīng)四面刨加工后，可在成品寬度及厚度方向被刨成所需的橫斷面。經(jīng)過不同刀軸排列形式的四面刨，幾乎可以制造出任何形狀的線型產(chǎn)品。圖2示所示為木材經(jīng)四面刨一次加工所能刨削的系列產(chǎn)品。 32典型加工

9、過程 圖3形所示為名軸四面刨典型加工過程的示意圖，其刀軸配置具體如表1所示。 毛料送入四面刨削時(shí)，先經(jīng)第1把底部刀（平刀）刨出一平面為基準(zhǔn)底面；再經(jīng)第2把內(nèi)側(cè)刀（平刀）刨出內(nèi)側(cè)基準(zhǔn)面，亦為平面；然后才由第3把外側(cè)刀（型刀）及第4把內(nèi)側(cè)刀（型刀）刨出成型側(cè)面（此時(shí)即完成寬度方向的加工）；第5把頂部刀（型刀）刨削頂部形狀；接下來第6把底部刀（型刀）刨削成型；最后再經(jīng)由第7把項(xiàng)部刀（型刀）精切成型，至此即完成四面刨削作業(yè)。 表1 典型四面刨的刀軸配置 以上所示只是四面刨削機(jī)構(gòu)的一種，在實(shí)際生產(chǎn)中，四面刨床的切削機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜。不同的四面刨會在刀軸數(shù)量、刀軸結(jié)構(gòu)以及刀軸布局等方面的不同配置而呈現(xiàn)不同的刀

10、軸配置形式，從而實(shí)現(xiàn)不同的加工件所需的加工功能，圖4所示是四面刨設(shè)備提供商提供的刀軸排列的各種形式供企業(yè)選擇。 另外，上述刀軸結(jié)構(gòu)僅是由底刨軸、立銑軸和臥銑鈾等組成的四面刨基本切削機(jī)構(gòu)，許多四面刨還可配合使用能完成特殊功能的一些特殊刀軸，即萬能刀軸、鋸切軸或剖分鋸裝置。其中萬能刀軸，有時(shí)也稱為變位刀軸，便是經(jīng)常配置的一種特殊刀軸，該刀軸的位置根據(jù)需要可以變化，甚至可以完成上、下、左三種刀軸或上、下、左、右四種刀軸的功能，從而大大擴(kuò)大了四面刨的加工性能。 33主要技術(shù)參數(shù) 四面刨床的特點(diǎn)在于一次進(jìn)給過程中同時(shí)完成四個(gè)表面的加工，從而得到寬度和高度兩個(gè)方向上的較精確尺寸。因此，最大加工尺寸（寬度高

11、度）便成為四面刨產(chǎn)品首要的技術(shù)參數(shù)，表2所示為主流四面刨產(chǎn)品的加工范圍。 表2 主流四面刨加工范圍 34刀具 同樣，設(shè)備離不開好的刀具與之相配合，四面刨設(shè)備的加工精度是與優(yōu)良刀具及安裝定位系統(tǒng)分不開的，圖5所示為四面刨常用的刀具系列。 刀具因磨損而變鈍雖是大多數(shù)木材加工設(shè)備的普遍問題，但該問題對于四面刨而言顯得尤為突出，刀具變鈍將引發(fā)四面刨加工過程中的一系列總是工件表面加工質(zhì)量下降，還會影響到工件的正常進(jìn)給，甚至還會引發(fā)工件通過整合機(jī)床的控制問題。 目前，四面刨的技術(shù)領(lǐng)域中關(guān)于刀具方面的技術(shù)焦點(diǎn)主要集中在提高刀具耐磨性、縮短更換刀具時(shí)間及提高刀具安裝定位精度等三個(gè)方面，這也正是刨削設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)

12、競爭的焦點(diǎn)。 35木家具企業(yè)裝備數(shù)字化的利器 現(xiàn)代新型的刨削設(shè)備特別是四面刨有別于傳統(tǒng)刨削設(shè)備，體現(xiàn)在進(jìn)給速度和刀軸轉(zhuǎn)速都大大地提高，特別是在自動化程度方面有顯著提升。 有學(xué)者研究表明，通常裝夾等輔助作業(yè)用的時(shí)間會占到機(jī)加工作時(shí)間的70%左右，也就是說用刀具進(jìn)行切削材料的“真正”加工時(shí)間只有三成左右，如果要算工件實(shí)際被切削時(shí)間占它在車間停留的時(shí)間，那僅只有5%左右。而四面刨是有著由含多個(gè)刀軸的切削機(jī)構(gòu)、壓緊裝置及進(jìn)給裝置等復(fù)雜系統(tǒng)組成的多工序設(shè)備，如果沒有自動化的操縱控制裝置，將無法保證四面刨的“真正”加工時(shí)間，也無法保證調(diào)機(jī)精度，從而導(dǎo)致制造費(fèi)用居高不下，也就談不上去適應(yīng)當(dāng)今木家具“小批量多品種”的生產(chǎn)模式對靈活性的挑戰(zhàn)了。 所以，四面刨生產(chǎn)廠家紛紛致力于數(shù)字顯示控制、數(shù)控以及計(jì)算機(jī)控制等方面的自動化技術(shù)的研究，以期減少機(jī)床調(diào)刀及換刀時(shí)間，提高效率，并同時(shí)提高四面刨設(shè)備的調(diào)節(jié)精度，進(jìn)而將四面刨納入到家具集成制造系統(tǒng)中去。 實(shí)踐表明，許多木家具企業(yè)在選用自動化程度高的四面刨設(shè)備后，在提高產(chǎn)品品質(zhì)、減少不良率及增加單位時(shí)間產(chǎn)量等方面都取得了回報(bào)。 4結(jié)語 本文以四面刨為主要加工設(shè)備的刨削工藝進(jìn)行了初步的探討。眾所周知，這雖然是木