实木家具异型件该任何分类,这样的优化加工更高效!

导读:
当前的异形零部件加工主要以人机互助的模式进行,即在传统手工加工的基础上辅之以机械。这种方法不仅无法使得产品批量生产,严重影响市场化进程,还会对工人的生命财产安全造成威胁。此外,由于异形零部件的形制各异,手工加工的产品往往精度较低,其可使用性低。

特殊的家具结构需要特殊结构的家具零部件构成。这些具有特殊型面或曲面的零部件被称为异形零部件。虽然目前中国家具产业发展高歌猛进,但是其产品加工,尤其是异形零部件的加工 工艺和关键工序加工设备上仍然存在诸多问题。

当前的异形零部件加工主要以人机互助的模式进行,即在传统手工加工的基础上辅之以机械。这种方法不仅无法使得产品批量生产,严重影响市场化进程,还会对工人的生命财产安全造成威胁。此外,由于异形零部件的形制各异,手工加工的产品往往精度较低,其可使用性低。

01 

异形零部件的内涵及加工现状

01-1 异形零部件的概念

异形零部件是在家具发展的过程中,为了满足造型的丰富和使用上的多样化,在家具基本构件造型上衍生出的具有各种曲面和线型的部件。它是木家具构成中所有外形不规则零部件的总称。这类零件通常具有不规则的外形,在家具中起装饰作用,有些也会直接作为结构部件,起支撑、固定等作用。

01-2 异形零部件的加工现状

现有的实木异形零部件加工存在着一些问题,主要不足表现在精度差、安全性低以及效率不高等方面,为企业的生产和管理带来了挑战。

1)精度问题

在精度方面,由于异形零件表面形状和结构比较复杂,在加工步骤上通常较为繁琐,需要多次定位工件和确定基准,在此过程中易产生加工误差。在加工过程中,需要工人依靠经验来手工加工零件的情况较多,不利于控制同种零件的质量和精度。依靠模具进行加工的零件在模具损耗时也会出现误差,但此种误差很难排除。

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▲木质异形零件加工精度现状

2)安全性问题

在安全性方面,由于异形零部件的加工技术不够成熟,自动化机械设备的成本较高,国内大多数企业基本以手工进给机床为主,数控加工设备应用范围较小。工人在操作机械时需要经常手动操作工件移动,与高速旋转的刀头距离比较近,具有很高的安全风险。同时,在对木质零件进行铣削、刨削和砂光等操作时,会产生大量的木屑,在机床周围迅速堆积,阻碍工人的移动和零件的运输,也有产生火灾的隐患。

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▲木质异形零件加工安全性现状

3)模板管理现状

在加工效率方面,异形零件的结构比较复杂,不同铣削面的形状不尽相同,工艺特点也不同,加工单个零件所耗费的工时长于普通零件加工工时。异形零件的加工需要多种设备配合完成,企业的设备排布不合理也会增加工件在各个设备之间运输的时长,导致加工效率降低。而异形零件的样式和种类多变,需多次更换刀具和模具,使整体加工效率低。

模具和刀具数量的增多也为企业管理带来了不便,需要更大的空间来存放零件,否则杂乱的堆放会增加工人寻找所需零件的时间,降低效率。

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▲木质异形零件模板管理现状

02 

异形零部件的分类优化

02-1 异形零部件优化分类标准

当前实木定制家具的设计中存在诸多问题,如制作标准缺失、自动化比例较低等,在异形零件的生产加工中,此类问题表现得尤为突出。为了更加清晰直观地表达异形零件的结构,便于进行设计规划和生产管理,提高异形零件的生产效率,按异形零部件在功能上的不同,将其优化分类为装饰性异形零件和结构性异形零件两大类。

02-2 异形零部件优化分类形式

1)装饰性异形零件

装饰性异形零件根据结构样式不同,具体分为以下几个类型。

①雕花类零件

雕花类零件可分为平面型雕花和立体型雕花,通常具有复杂的外观和内部线条,增加家具的美观程度,营造一种富丽堂皇的视觉感受。通常采用手工雕刻的方式进行生产,加工效率比较低,且加工成本比较高。

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▲雕花类零件

②简单线型零件

简单线型零件通常位于家具的外框部位,可起到平衡视觉的作用。长度方向上呈直线或较小弧度的曲线形,且零件最小截面具有较复杂的异形形状,通常采用带锯机锯出基本形状后使用四面刨或铣床进行加工,工序较简单,使用较广泛。

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▲简单线型零件

2)结构性异形零件

结构性异形零件根据结构样式不同,具体分为以下几个类型。

①线状异形零件

线状异形零件指零件在长度方向上的尺度远大于宽度方向和厚度方向,整体呈线状,通常在长度方向上具有异形曲线。这类零件在家具中使用非常广泛,或为桌椅腿部及背部的旋转体零件。其加工程序较为复杂,通常不能一次成型,甚至需要使用多种机器进行加工。

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▲线状异形零件

②面状异形零件

面状异形零件指零件在长度及宽度方向上的尺度远大于厚度方向,整体呈面状,通常在面积最大的面上具有异形曲线。这类零件通常用于椅子的坐面、望板和柜类面板等部位,在加工上通常使用铣床铣出异形平面的外轮廓。

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▲面状异形零件

③块状异形零件

块状异形零件指零件在长度、宽度以及厚度方向上的尺度相差不多,整体呈块状,通常在3个方向上都具有异形曲线。这类零件在家具中通常作为沙发和茶几的腿部,如S形腿、三弯腿等。块状异形零件形状较为复杂,加工难度比较高。

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▲块状异形零件

03 

异形零部件加工过程

03-1 基本加工流程

实木家具就是以木材原料为主要材料,经生产处理而制成的家具,这类家具非常受消费者的欢迎。异形零件与普通木质零件的加工都需要经过干燥、配料、毛料加工、净料加工、装配和涂饰的过程。家具生产的常规加工流程如下图所示。而异形零件与其他零件在加工上的主要区别在于净料加工工序,且由于异形零件形状比较多变,不同类型的异形零件在加工工艺上有一定的区别。

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▲家具生产常规加工流程

03-2 关键加工工序

1)配料

配料是家具加工的重要工序,合理的配料可以提高原材料的利用率,通过减少原材料的浪费来降低生产成本。对于异形零件的配料来说,由于异形零件具有较多的异形曲线,在进行加工时需要切削掉大量的材料,因此需要合理设计配料方案,如先划线再进行锯切,或使用拼版法,将原材料拼合成一定规格的集成材,再进行锯切,以达到提高出材率的目的。

2)铣型

铣型是指使用成型铣刀或端铣刀将零件加工成一定的型面或者曲面,也是异形零件成型的重要工序。使用仿形铣床可以批量生产曲线零件;镂铣机可用于零件内外的铣型或雕花等;在使用下轴铣床对零件进行加工时,需要注意保持刀轴的旋转方向与木纹方向一致,否则易导致零件崩茬或开裂。

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3)砂光

家具零件的表面粗糙程度对涂饰质量有着直接的影响,因此在切削过程中产生的不平和毛刺等缺陷需要通过砂光来去除。由于异形零件的表面形状比较复杂,比方材和板材的砂光难度高,应选用适合异形零部件外部轮廓的砂光机进行砂光,以免出现砂光不均等缺陷。

03-3 加工过程

1)装饰性异形零件加工

①雕花类零件

雕花类零件是异形零件中外观结构最为复杂的零件,通常采用手工雕刻的方法,将需要加工成的花纹绘制于零件表面,由工人手工操作雕刻。也可采用数控雕刻机进行加工,但数控雕刻机成本较高,且需要先建立三维数字模型才能进行加工。具体加工工艺流程如下图所示。

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▲雕花类零件加工流程示意图

②简单线型零件

简单线型零件加工比较简单,可以使用带锯机锯出毛料,然后在四面刨或者铣床上进行成型加工,工序较为简单,加工效率比较高。对于长度较长而宽度不大的简单线型零件可以直接使用四面刨进行加工。而由于四面刨的加工范围有限,长度和宽度都比较大的零件更适合使用铣床进行加工。具体加工工艺流程如下图所示。

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▲简单线型零件加工流程示意图

2)结构性异形零件加工

①线状异形零件

线状异形零件的加工方式可以分为2种,回转体状的异形零件可以直接使用木工车床进行加工,而其他形状的线状异形零件则要根据需求在不同的形状,在带锯机上进行曲线锯解,并在立式木工铣床上采用成型铣刀进行加工。成型铣刀一般每次的切削量较少,应多次切削才能完成,刀片的给进量越高刀片的边缘磨损程度越高,曲线直径较大的零件还要拼板后再进行加工。具体加工工艺流程如下图所示。

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▲线状异形零件加工流程示意图

②面状异形零件

面状异形零件具有异形曲线的一面尺寸较大,可以使用靠模铣床或者立式木工铣床进行加工。使用靠模铣床进行加工时,需要高精度的模板辅助操作,且在更换工件时较为不便。使用立式木工铣床进行加工时,操作相对简单,但需要按毛料上的画线进行操作,精度不容易控制。具体加工工艺流程如下图所示。

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▲面状异形零件加工流程示意图

③块状异形零件

块状异形零件在所有异形零件中所占的数量较少,但加工工艺最为复杂。由于块状异形零件尺寸通常都比较大,需要先拼板才能进行进一步的加工。且由于块状异形零件具有多个弯曲角度,使用仿形铣床可以进行高效的加工。

但仿形铣床需要预先制作金属或其他硬度较高的零件,在步骤上比较繁琐。或者可以直接使用CNC加工中心进行加工,将块状异形零件的三维模型输入即可实现高精度的加工。但传统的CNC加工中心往往会受到加工线路失控、刀具行径复杂等多方面的挑战。具体加工工艺流程如下图所示。

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▲块状异形零件加工流程示意图

04 

异形零部件加工优化关键技术

在对异形零件的加工进行优化时,需要综合考虑可能对生产造成影响的各种因素,如设备、工序和管理方面都会改变企业的总生产效率和产品质量。

04-1 设备优化

加工设备对零件的质量有直接的影响,普通的机械设备通常不能很好地适应曲线造型零件的加工,易出现零件精度不够、效率低下等问题,因此对异形零件的加工进行优化首先应从设备入手,对现有加工设备进行改进,使其更适应异形零件复杂的表面形状和结构造型。

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04-2 工序改良

异形零部件的加工涉及多种工序及设备,工人及工件需要频繁在各种设备间移动,企业的设备排布不合理也会增加工件在各个设备之间运输的时长,导致加工效率降低。合理的加工流程和工序排布对于优化异形零件的加工也具有重要的意义。

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04-3 生产管理优化

异形零部件种类繁多,结构复杂,对其分类进行优化可为企业标准化生产提供参考。使用仿形铣床进行加工时需要使用模板来辅助加工,但模具和刀具数量的增多也为企业管理带来了不便,需要更大的空间来存放零件,否则会增加工人寻找所需零件的时间,降低效率,因此,企业的生产管理问题也不容忽视。

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05 

结 语

木质异形零部件在家具加工中所占的比例很大,加工难度也较高,因此改进木质异形零部件的加工工艺对家具企业有着至关重要的影响。笔者分析了企业加工异形零件时存在的问题,从木质异形零部件的分类优化入手,严格定义了不同种类的异形零部件,并对不同类型的零件的加工过程进行了详细的描述。

在对异形零件的分类标准进行优化后,生产技术和管理技术对企业效率的影响也不可忽视,企业所采用的不同生产设备和工序流程也会影响最终的效益。

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