1、 1 前言 无论是实木类家具，还是板式家具，配料加工工序都是家具生产过程中的第一道工序，也是非常关键的一道工序，它直接影响家具生产的材料利用率、生产效率及生产效益。 一位头脑灵活、经验丰富的配料工人最多能记住五种零件规格尺寸，不能满足现代家具生产对配料工序的要求。传统配料所选锯材规格也主要是根据车间现有材料进行选择，其配料质量全凭配料工人把握，人为影响因素比较大、随机性也比较大，属于典型手工作坊式配料，而现代生产模式的配料则要求尽可能地消除人为影响、清除不确定因素。 板式家具配料的关键是提高出材率，即采用排料图进行开料。传统配料工艺中没有排料图，如何开料全凭配料工人对板式家具零件的理解和经验，
2、人为因素占主导作用，不适合现代生产模式要求。 现代家具生产模式与传统生产模式相比，已经发生了根本的变化。由手工作坊式或大规模生产方式，改为随家具市场变化和消费者需求变化而变化的新型生产模式。人们对家具的要求越来越个性化，生产制造企业为了自身的生存就必须满足这种个性化要求，但家具企业已经习惯于从大规模生产方式中获得利润，这就产生了多品种小批量的家具高层需求与大规模生产之间的矛盾。解决该矛盾一个有效的办法就是采用先进的制造技术和管理。柔性化生产（Flexible Manufacturing） 、成组技术（Group Technology） 、大规模定制（Mass Customization） 、精
3、益生产（ Lean Production）等生产模式和技术因此应运而生了。 国内外许多行业，如机械、汽车、电子、化工等许多制造业都已经如火如荼应用这些先进的生产模式组织生产或管理生产，也取得了显著的成果。国内家具行业中，一些大型、有实力的企业也已经开始柔性化生产、成组技术和大规模定制这方面的尝试。尝试的原因是为了使企业的生产适应家具市场的需要，解决传统生产适应家具市场的需要，解决传统生产模式解决不了的矛盾。实现现代化家具生产模式，相应的配料工序也不例外。 家具生产企业最关心的是生产效率、生产效益及材料利用率，所有这些都与配料工的柔性有直接关系。配料工序是家具生产过程中一个关键工序，因为它是整个
4、家具生产机械加工过程的开端，相当于制衣过程的裁剪，所以说它决定了一个家具企业的效率和兴衰。 2 家具传统配料 2.1 实木家具传统配料方式 配料的原则：根据家具零件对于材料要求配料；根据原料（板材）与家具零件毛料的规格尺寸匹配关系进行配料。 配料方案：先横后纵；是实木家具生产中常用方法，占用厂房面积较小，但是材料利用率低。先纵后横；出材率比较高，但是占用厂房面积较大，而且毛料宽度规格比较单一。划线下锯：主要适合曲线型零件，其目的是提高出材率。刨削后，再进行或；主要适合于对家具零件表面质量要求较高的家具零件配料。胶拼后，再划线；主要目的是为提高曲线型零件的配料出材率。 操作模式：家具企业中的生产
5、部门给配料组下达生产任务配料组根据任务再安排每个工人的生产任务或每个工位的生产任务工人凭经验来完成生产任务统计人员或班组长统计生产完成情况生产部汇总。质量检验穿插在生产过程中进行。 配料设备：常用配料设备为吊截锯、精密推台锯、悬臂式圆锯机、普通圆锯机、多锯片圆锯机、带锯机、风剪等设备。这些设备的加工精度及效率较低，工人的劳动强度比较大，不利于连续现代化生产，不能真正满足家具企业的需要。 2.2 板式家具传统方式配料 常用设备是精密推台锯、普通电子开料锯（立式或卧式）或圆锯机等。板式家具传统配料工艺是工人凭经验开料。先开大料或和长料，然后再开小料或短料，随意性很大，因此出材率不稳定且较低，原因在
6、于没有经过优化的排料图指导排料操作。 综上所述，从操作模式不难看出，传统配料人为因素占主导作用，其随机性也相当大。从配料方案可知，原材料的质量也参差不齐，导致可变因素太多。配料方案比较灵活，但不确定因素也较多，生产比较难控制。从配料设备可以看出，配料的加工精度低、配料工艺可控制性差。传统配料工序虽然具有灵活性，但是它是一种不可控制的柔性，反而消耗了大量时间、人员及场地，并且生产效率很低，不适合现代化生产的要求。 3 家具现代配料 3.1 实木家具现代配料 3.1.1 实木家具现代配料要求 实木家具的现代生产方式要求配料生产具有柔性、高效、且能提供个性化配料方案等。换言之，配料工序考虑的具体指标
7、是指产品规格，等级要求，出材率，经济效益等因素。在传统配料中要求操作工人同时考虑上述因素是不现实的，因为一个经验丰富的配料工人一次也只能记住有限的零件规格，更谈上不综合其它几方面的因素了，只有借助计算机才能实现全面优化的工作。 配料生产的柔性是指板材缺陷（主要指节疤分布）千差万别，但都能按相同的配料工艺加工，并且配料后的产品也能满足不同家具零件的需要。与传统配料工艺的灵活性不同，它是一种可控制的、有序的柔性。 配料生产的高效率是指生产订单发生变化时能作出快速反应，生产量和生产要求发生变化时也能及时调整配料生产，如插订单或交货日期发生变动，都能按时保质保量完成，其生产秩序跟正常配料生产一样，即配
8、料工序和设备布置都相对稳定。 配料生产的个性配料方案：家具企业可能会有不同的经营策略。如有的订单强调家具要高质量，这时其零件质量要求也较高，因此配料时要着重考虑板材的等级；有时订单要求数量比较大，但家具档次偏低，此时配料方案着重考虑产量；通常家具企业追求综合经济效益，即配料会按产值最高方案来配料。 通过与传统配料工艺比较不难看出，上述要求在传统配料工艺中是无法全面实施的，但现代配料工艺却可以实现，因为现代配料工艺是以计算机信息为主干，用工艺和设备的稳定来面对复杂原材料与家具零件的变化要求。 3.1.2 实木家具现代配料设备 根据实木家具现代配料要求可知现代配料工艺与传统配料工艺已经完全不同了。
9、这个根本性的转变是由一个核心设备来完成的，这就是优选锯（Optimizing cut-off saw） 。 其它设备主要包括： 多锯片圆锯机：对于板材进行等宽剖料；如果采用以锯代刨的锯片，有利于后续加工，如横截时其定位更加准确，且减少修边工作量。 修边锯：对于优越锯加工后长度较短的板方料，进行修边，为开指形榫做准备。将拼宽的倍数毛料加工成符合零件要求的毛料。 开指机和接长机：主要是完成短料的接长任务。 双面刨：对于接长的方料进行加工基准面，为拼板做准备。 接板机：将接长的方料按家具零件要求进行倍数毛料拼宽。 优选锯能够根据生产任务的要求进行配料方案优化，然后将等宽的方料截断成符合生产要求的方材
10、。它是由 PLC（单板机）进行控制的，具有分析、优化、统计等功能，其加工精度和生产效率都远高于手工配料，且能满足客户个性要求达到最佳配料效果。如果原材料节疤越多，需要配料的零件尺寸就越多，它就越能显示优选锯的优点，因为节疤材配料需要考虑的因素多，靠手工配料是无法综合考虑和高效完成的，而优选锯的计算机系统则具有优化配料方案功能，所以优选锯基本上能够排除人为因素的影响，轻松地完成现代配料生产任务。 优选锯所具有的具体功能如下： （1）产量优化：优选锯计算机系统采用与锯切清单（生产任务单）相比较的方法，分析每一块板材，最终最大限度地提高板材生产出材率。 （2）价值优化：通过事先设定锯切清单中不同规格
11、板材的相应价值，优选锯的计算机系统就可以对每一块板材分析，并根据所生产板材长度可能创造价值，优化其长度比例组成，最终确定取得最大价值的配料方案，此时可能产量会减少。 （3）数量优化：该模式的配料结果是有主副产品之分。主产品是符合家具生产的毛料，副产品是短方料需要接长或拼板加工。此模式还可以按最佳库存量或及时化生产产量来配料。在每个工作日结束时，根据配料清单要求，板材的长度比例达到平衡。 （4）选择性搜索：为了优化产量、价值及数量，优选锯计算机系统能够有条件搜索，如搜索被指接利用的短板材或边部有缺的板材，并由搜索结果就能够推算出指接材产量。 （5）柔性功能强：能够最多对 16 种不同宽度和 20
12、0 种不同长度的板材进行优选，最多可识别 8 个等级并能找到不同等级相合的优选方案，同时也能够兼顾板材的规格、数量、效益等方面的因素。 （6）加工精度高：优选锯的加工精度为 0.8mm，由于是机械自动操作，所以比较安全。传统手工配料要达到此精度非常危险，而且生产率极低。 （7）加工范围广：可加工各种长度的板材，包括超长板材，加工后优选锯能够按长度不同分类。 （8）生产效率高：优选锯的进给机械是由计算机控制的无级调速带，进给速度极快。优选锯完成一次切割循环时间仅为 0.25 秒，其产量是相当惊人的。 （9）功能强大：优选锯能提供完整的，详细的锯割方案和产品统计报告，配料方案输入与信息汇报都是通过
13、 Microsoft windows 2000 网络实现的，也可以单机设定，按板材方材表面分析材料的利用率和浪费率，总切削长度和表面积及加工净表面等指标都由电脑记录和统计。 （10）节省开支：优选锯的生产效率高、自动化程度高，所以能节省大量的工作人员在车间和办公室的准备时间，因此也就提高了人员的工作效率。优选锯下单清晰准确，减少错误发生的概率，也就减少了浪费，同时还能够充分利用脚料，提高了出材率。 3.1.3 实木家具现代配料方式 实木家具现代配料主要有两种： 其一对于大规格零件（主要指零件断面尺寸）主要采用规格材截断的配料方案，即原材料的断面规格与毛料的断面规格基本匹配，只是长度上是毛料倍数
14、关系，配料时只要进行精截即可。如橡胶木规格材制作大型床柱就采用这种配料方案等。 其二对于小规格板材或小规格方材配料，可以采用如下工艺： 板材分等剖分（多锯片圆锯机）横截（优选锯）修边开指形榫接长创基准面（双机刨）涂胶胶拼（拼板机） 。 上述工艺中核心优选锯的布置方案如上所示。优选锯加工产品可分：一种为符合家具生产要求的毛料；另外一种为短料。所有加工后的产品都是按长度进行分类的，产品中短材部分则通过指接被加工成拼板。该拼板是无缺陷，其性能是类似于天然锯材，但在形状和尺寸稳定性方面好于天然板材。通过稳定的工艺和设备能够完全满足家具零件实际的需要，展现了现代配料工艺其柔性的一面，但因其对象是具体厂家
15、，所以又具有较强的针对性。 3.1.4 实木家具现代配料特点 3.1.4.1 现代配料工艺具有柔性 与传统配料工艺相比，现代配料工艺的柔性是有序的，具体表现为现代配料能够适应加工多规格、多等级的原材料，同时能够完全满足多规格、多等级的家具零件要求，能够提供若干种个性化配料方案。配料工艺中的柔性特点有助于解决家具小批量多品种的市场需要与大批量生产之间的矛盾。 3.1.4.2 现代配料工艺生产率高、板材利用率高 与传统配料工艺中设备比较，优选锯的加工精度高于传统横截圆锯，优选锯切精度能够达到 0.8mm 之内，另外优选锯是采用自动控制，其误差小于传统手工配料的人工定位，加上其锯割循环时间为 0.2
16、5 秒，所以生产率、加工精度及出材率同样很高。 3.1.4.3 现代配料工艺管理模式信息化 现代生产模式改变了，其管理模式也发生了变化。传统生产方式主要是利用经验数据。保守估计来管理配料生产，如根据经验值估算后再安排每日的生产量，各种零件完成情况也是靠人工统计汇总而得出结论的，这个周期太长不适合现代的生产模式。如果采用优选锯，其自身就能进行统计和分析，而且企业的计算机服务器直接相连，既可从中可能得到加工指令，也可以反馈统计数据和表格，节省大量人力、物力，而且准确。 3.1.4.4 现代配料工艺对人员要求低 传统配料工序对于操作人员要求比较高，要求其要熟悉所生产的家具结构，要熟悉材料性质，要熟悉
17、家具零件尺寸，同时还要熟悉板材的规格和等级情况，才有可能实现高出材率配料方案，满足家具零件要求。现代配料设备自动化程度高，优化系统先时，所以可以把多种原材料的不定因素转为配料工艺中的确定因素，然后再通过纵解来满足家具零件生产的多样性需要，主要的技术工作基本都由优选锯的计算机系统来完成了，所以配料工作只要在锯材上缺陷进行标识或辅助性搬运就可以了，因此配料工人不需要经过长期训练或高学历的人员。 3.2 板式家具现代配料 板式家具现代配料的特征就是由经过优化的排料图进行指导生产，其形式有电子开料锯优化和 PC 机优化两种。 电子开料锯优化是由电子开料锯自带排料图软件实现的。需配制的零件尺寸输入电子开
18、料锯。输入方式有开料现场手输入和通过网络输入两种，其效果是基本上一样的。然后按优化后排料图手工控制电子开料锯开料，或者由电子开料锯全自动开料。 PC 机优化是指在 PC 机上运用优化软件对输入的零件尺寸进行优排料，并打印成图。工人按排料图进行优化开料。 现代配料加工的工艺设备能高效、优质地保证现代配料工艺的实施。与传统配料相比，现代配料有不少优点。 （1）现代配料提高了出材率。通过对标准规格人造板进行排料图优化，减少了排料时随意性，同时电子优化的排料图是经过软件多方案比较后所得到的最佳方案，因此出材率要远高于传统的配料工艺。 （2）现代配料提高了生产效率。由于事先有了排料图，所以加工时可以直接
19、开料，不需要现场思考被加工零件尺寸和出材率问题，因此生产效率高。 （3）现代配料能够实现自动化和信息化。随着现代电子开料锯的自动化程度越来越高，完全可以实现网络控制、网络数据传输、网络产量汇总等。也可以与 ERP 系统相联实现真正的现代生产和管理模式，解决小批量多品种的家具需求与大规模生产的要求。 （4）现代配料具有柔性。当电子开料锯与其辅助装置都由计算机控制时，其柔性就是真正意义上的柔性。因为这时无论产品如何变化，需配料加工的零件都可以在工艺不变的情况下，在生产线上由计算机控制自动上料、下料、进入工位等一系列工作，同时还能保证较高的出材率。 4 结论 为了满足现代家具的生产模式的要求，家具配
20、料一定要采用现代的配料工艺和设备。现代配料工艺有利于实现家具生产的柔性化，有利于降低成本、提高生产率、提高出材率。现代配料加工工艺设备，能高效、优质地保证现代配料工艺的实施。现代配料的核心就是在配料工艺和设备方面实现计算机化，实现自动控制。现代木材加工技术（二）第二讲：现代木家具制造刨削工艺木材经过“配料” 这一加工阶段后，被制成了规格毛料，为了将其进一步加工成符合尺寸的形状和表面质量要求的零件，接着刨切加工称“毛料加工”，这一加工工序承上启下，为更为精细、更为丰富的后续加工打下坚实的基础。刨削加工作为“毛料加工”中最主要的加工方式之一，深受家具制造业的重视。本文因此结合现代木材加工技术对刨削
21、加工进行探讨。1 刨削加工的理论基础11 “毛料加工” 工序的基本要求木材的切削加工是“通过改变木材的几何形状或改善木材表面的光洁度从而将木材转变成增值产品”的过程。经“ 配料” 工序后，所得到的毛料表面是粗糙不平的。为了使木家具零部件获得正确的尺寸和光洁的表面，必须保证在加工各表面时，有一个准确的定位。作为后续工序加工的基准，并逐步加工其它面，加工基准面便是“毛料加工”工序的基本要求。12 质量要点从工业生产的角度而言，如图 1 所示，刨削加工所获得工作的表面质量常是通过二个指标来表征的，即节距（P）和峰高（h） 。根据木材铣削原理，凡是以刨削方式切削形成的工件表面，都会留下有规律的波纹。节
22、距（P）可以理解为波纹长度，即刨削加工中，每一指导切削刃削木材时在木材表面的起点和终点之间的距离。其值的大小和进料速度（F） 、刀轴转速（R ）及刀具上切削刃的数目（N）有关，它们之间的关系如公式（1）所示：P=1000F/RH (1)式中： P节距，mmF进料速度，M/minR刀轴转速度， r/minN切削刃数量而峰高（h）则为刀刃削入木材的深度，其值和节距（P）和刀具的切削圆直径（D）有关，它们之间的关系如公式（2）所示：h=p2/4D (2)式中： h峰高,mmp节距,mmD切削圆直径, mm对于工作表面加工质量而言，节距越短，工件就越平滑，峰高越小，工件的表面平整度就越好。但在实际生产
23、中，过小的节距往往会造成刀具的快速磨损，而峰高又和节距的大小相关。经验表明，家具生产中，将节距控制在 1.5-1.7mm,将峰控制在 0.001-0.005mm时，能获得好的表面质量，同时也能减少对刀具的磨损并保证一定的加工效率。可以说，理解节距和峰高之间的关系对保证工件表面加工质量显得尤为重要。2 刨削方案的选择毛料通过各种刨床的加工达到要求的形状和尺寸而成为净料。平面的刨切加工主要有以下几种工艺方法，特点如下：（1）平刨加工基准面和侧面，压刨加工相对面和边。运用此加工方法可以获得精确的形状、尺寸和较高的表面质量，但此加工方法劳动强度较大、生产效率低，适合于毛料不规格以及生产规模较小的生产。
24、（2）先平刨加工一个或两个基准面（边） ，然后用四面刨加工其它几个面。此法加工精度稍低，表面较粗糙，但生产率比较高，适合于毛料不规格以及一些中、小型规模的生产。（3）先由双面刨或四面刨一次加工两个相对面，然后用多片锯纵解加工其它面。此次加工精度稍低，但劳动生产率和木材出材率相对较高，适合于毛料规格以及规模较大的生产。（4）用四面刨一次加工四个面。采用此法要求毛料比较直，因没有预先加工出基准面，所以加工精度较差，但劳动生产率和木材出材率高，适合于毛料规格以及规模较大连续化生产。（5）压刨或双面刨分几次调整加工毛料的四个面。此法加工精度较差、生产效率较低、比较浪费材料，但操作较简单，一般只适合于加
25、工精度要求不高、批量不大的内芯用料。（6）平刨加工基准面和边，铣床（下轴立铣）加工相对面和边。此法生产率较低，适合于折面、曲平面以及宽毛料的侧边加工。在实际生产中，应根据零部件的质量要求，合理地选择刨削设备及工艺程序，以保证加工质量和加工效率。在实际生产中，应该根据零件的质量要求及生产量，来合理选择加工设备和加工方法。锯切后的精截毛料经过基准面、相对面的加工以后，可根据所得到净料的尺寸精度、开头精度和表面粗糙度业评定其加工质量，确定其能否满足互换性的要求。净料和尺寸和形状精度由所采用的设备和选用的加工方法来保证，而表面加工质量则取决于刨削加工的工艺规程。木材的刨削设备是一个较大的产品系列，主要
26、的设备有传统的加工毛料基准的平刨床、加工基准相对面的压刨床、能同时对工件上、下平面进行加工的双面刨床，高效率的四面刨床，还包括能将毛料进行定厚双面刨削并再经多片锯纵剖以制成四面光洁、断面尺寸一致的产品压刨多片锯等特殊的刨削设备。传统的刨削加工是在平刨床上刨基准面，再由压刨床来定厚与刨相对面，虽然此种刨削方案以精度高，可获得准确的形状和尺寸，表面也比较光洁等优势而曾得到广泛的采用，但由于其劳动消耗大、生产效率低，尤其是操作中普遍存在的不安全因素，使得其在现代木家具生产中已逐渐被新型设备所替代。四面刨的出现使得刨削加工产生了质的飞跃，虽然早期的四面刨在毛料加工中为保证加工精度，还需要和传统的刨削设
27、备进行配合来完成加工。但随着技术的发展，新型四面刨集高精度、高效率、安全性以及型面一次成型等诸多优势于一身，使其在生产中逐渐得到大量运用，并真正成为方材“毛料加工”的主流选择方案。四面刨采用机械进料，工序集中，可一次就工件四个表面进行加工，并可以加工出各种不同开头的成型表面。通过灵活的刀轴配置，将粗、精加工分开，从而使所得到的零件质量好。并且具有工人的劳动强度小、进给速度高、劳动生产率高、设备利用率高、木材出材率高等优点，适合方材毛料规格材及连续化生产的木家具企业采用。同时，四面刨也是生产木门窗、像框、地板及装饰木线条等产品的企业的主要设备。3 四面刨加工技术概览31 典型加工产品毛料经四面刨
28、加工后，可在成品宽度及厚度方向被刨成所需的横断面。经过不同刀轴排列形式的四面刨，几乎可以制造出任何形状的线型产品。图 2 示所示为木材经四面刨一次加工所能刨削的系列产品。32 典型加工过程图 3 形所示为名轴四面刨典型加工过程的示意图，其刀轴配置具体如表 1 所示。毛料送入四面刨削时，先经第 1 把底部刀（平刀）刨出一平面为基准底面；再经第 2把内侧刀（平刀）刨出内侧基准面，亦为平面；然后才由第 3 把外侧刀（型刀）及第 4 把内侧刀（型刀）刨出成型侧面（此时即完成宽度方向的加工） ；第 5 把顶部刀（型刀）刨削顶部形状；接下来第 6 把底部刀（型刀）刨削成型；最后再经由第 7 把项部刀（型刀
29、）精切成型，至此即完成四面刨削作业。表 1 典型四面刨的刀轴配置刀头编号及名称 轴向 刀头功能1.下刀(平刀) 底刨轴 刨削木料底面2.右刀(平刀) 右立铣铀 刨削木料内侧面3.左刀(型刀) 左立铣铀 刨削木料外侧面(外侧成型面)4.右刀(型刀) 右立铣铀 刨削木料内侧面(内侧成型面)5.上刀(型刀) 上卧铣铀 刨削木材顶面(顶面成型面)6.下刀(型刀) 底刨轴 刨削木料底面(底面成型面)7.上刀(型刀) 上卧铣铀 刨削木料顶面(顶面成型面)以上所示只是四面刨削机构的一种，在实际生产中，四面刨床的切削机构较为复杂。不同的四面刨会在刀轴数量、刀轴结构以及刀轴布局等方面的不同配置而呈现不同的刀轴配
30、置形式，从而实现不同的加工件所需的加工功能，图 4 所示是四面刨设备提供商提供的刀轴排列的各种形式供企业选择。另外，上述刀轴结构仅是由底刨轴、立铣轴和卧铣铀等组成的四面刨基本切削机构，许多四面刨还可配合使用能完成特殊功能的一些特殊刀轴，即万能刀轴、锯切轴或剖分锯装置。其中万能刀轴，有时也称为变位刀轴，便是经常配置的一种特殊刀轴，该刀轴的位置根据需要可以变化，甚至可以完成上、下、左三种刀轴或上、下、左、右四种刀轴的功能，从而大大扩大了四面刨的加工性能。33 主要技术参数四面刨床的特点在于一次进给过程中同时完成四个表面的加工，从而得到宽度和高度两个方向上的较精确尺寸。因此，最大加工尺寸（宽度高度）
31、便成为四面刨产品首要的技术参数，表 2 所示为主流四面刨产品的加工范围。表 2 主流四面刨加工范围加工范围 典型四面刨设备威力 Profimat 23 EC 威力 UNIMAT 23 SCM COMPACTP加工宽度 20-230mm 20-230mm 25-230mm加工厚度 8-120mm 6-140mm 6-120mm34 刀具同样，设备离不开好的刀具与之相配合，四面刨设备的加工精度是与优良刀具及安装定位系统分不开的，图 5 所示为四面刨常用的刀具系列。刀具因磨损而变钝虽是大多数木材加工设备的普遍问题，但该问题对于四面刨而言显得尤为突出，刀具变钝将引发四面刨加工过程中的一系列总是工件表面
32、加工质量下降，还会影响到工件的正常进给，甚至还会引发工件通过整合机床的控制问题。目前，四面刨的技术领域中关于刀具方面的技术焦点主要集中在提高刀具耐磨性、缩短更换刀具时间及提高刀具安装定位精度等三个方面，这也正是刨削设备生产企业竞争的焦点。35 木家具企业装备数字化的利器现代新型的刨削设备特别是四面刨有别于传统刨削设备，体现在进给速度和刀轴转速都大大地提高，特别是在自动化程度方面有显著提升。有学者研究表明，通常装夹等辅助作业用的时间会占到机加工作时间的 70%左右，也就是说用刀具进行切削材料的“真正”加工时间只有三成左右，如果要算工件实际被切削时间占它在车间停留的时间，那仅只有 5%左右。而四面
33、刨是有着由含多个刀轴的切削机构、压紧装置及进给装置等复杂系统组成的多工序设备，如果没有自动化的操纵控制装置，将无法保证四面刨的“真正” 加工时间，也无法保证调机精度，从而导致制造费用居高不下，也就谈不上去适应当今木家具“小批量多品种”的生产模式对灵活性的挑战了。所以，四面刨生产厂家纷纷致力于数字显示控制、数控以及计算机控制等方面的自动化技术的研究，以期减少机床调刀及换刀时间，提高效率，并同时提高四面刨设备的调节精度，进而将四面刨纳入到家具集成制造系统中去。实践表明，许多木家具企业在选用自动化程度高的四面刨设备后，在提高产品品质、减少不良率及增加单位时间产量等方面都取得了回报。4 结语本文以四面
34、刨为主要加工设备的刨削工艺进行了初步的探讨。众所周知，这虽然是木家具生产中的基础工艺之一，但其中也蕴含了许多不断发展的新技术及技术诀窍，也曾有学者对我国四面刨设备制造关键技术的国产率表示过忧虑，尤其是中国家具制造业正面临着越来越复杂的竞争环境，摆脱单纯的低价格竞争模式，切实提高我国制造的技术水平，培养基于产业链的竞争能力已成为当务之急。笔者希望广大木家具生产企业，设备供应商及科研院校走到一起进行总结和探讨。因此，本文希望能起到抛砖引玉的作用，并给业界有所借鉴。现代木材加工技术（三） （上）第三讲：现代木家具的型面与曲面铣削工艺为了满足功能上和造型上的要求，有些家具的零部件需要制成各种型面或曲面
35、。这些型面和曲面归纳起来大致有以下 5 种类型：（1）直线形型面：零件纵向呈直线形，横断面呈一定型面，如各种线条。（2）曲线形型面：零件纵向呈曲线形，横断面无特殊型面或呈简单曲线型（曲平面与曲面构成简单曲线形体） ，如各种桌几腿、椅凳腿、扶手、望板、拉档等。（3）复杂外形型面：零件纵向和横断面均呈复杂的曲线型（由曲面与曲面构成的复杂曲线形体） ，如鹅冠脚、老虎脚、象鼻脚等。（4）回转体型面：将方、圆、多棱、球等几种几何体组合在一起，曲折多变，其基本特征是零件的横断面呈圆形或圆形开槽形式，如各种车削或旋制的腿、脚以及柱台形、回转体零件。（5）宽面及板件型面：较宽零部件以及板件的边缘或表面所铣削成
36、的各种线型，以达到美观的效果，如镜框、镶板、果盘，以及柜类的顶板、面板、旁板、门板和桌几的台面板等。上述各种型面与曲面的加工，通常是在各种铣床上进行，按照线型和型面的要求，采用不同的成型铣刀或者借助于夹具、模具等的作用来完成。根据各种零件的型面和曲面的型式不同，也可采用仿型铣床、木工车床、镂铣机或数控镂铣机等来加工各种型面与曲面。现分述如下：1 直线形型面零件的加工及设备1.1 四面刨或线条机直线形型面零件主要是在四面刨或线条机上采用相应的成型铣刀来进行加工。如果要在零件宽面上加工型面，为了保证安全或使零件放置稳固，宜在压刨或四面刨的水平刀头上安装相应的成型铣刀来加工。1.2 下轴铣床（立铣）
37、直线形型面零件的铣型、裁口、开槽、起线等的加工，也可在下轴铣床（立铣）上根据零件断面的形状，选择相应的成型铣刀，并调整好刀头伸出量（刀刃相对于导尺的伸出量即为需要加工型面的深度） ，使工件（或夹持工件的专用夹具）沿导尺移动进行切削加工。2 曲线形型面零件的加工及设备2.1 下轴铣床（立铣）曲线形型面零件通常是在下轴铣床上按照线型和型面的要求，采用不同的成型铣刀或者借助于夹具、模具等的作用来完成加工的，一般是手工进料。加工这类零件必须使用模板夹具，模板的边缘做成零件所需要的形状。此时不需安装导尺以方便模板自由移动。工件夹紧在模板上，使模板沿刀轴上的挡环进行铣削，即可加工出与模板边缘相同的曲线零件
38、。采用双模板铣削曲线型面零件，可提高生产效率。此外，应尽可能地顺纹理铣削，以保证较高的加工质量；对于曲率半径较小的部位或逆纹理铣削时，应适当减慢进料速度，以防止产生切削劈裂。2.2 双头下轴铣床（双立铣）曲线形型面零件也可在大头下轴铣床（双立铣） （图 1）上进行加工。双立铣床是由两个转动方向相反的刀轴组成，机床的两刀轴间距固定不变。切削加工时，将工件固定在模板上，并使模板边缘紧靠挡环移动来完成铣削，一般是手工进料。如果铣削过程中出现逆纹理切削时就应改用双头下轴铣床的另一个转向的刀头进行加工，从而实现顺纹切削，以保证较高的加工表面质量。由此可知，采用具有转动方向相反的两个刀轴的下轴铣床，能使操
39、作者在不用更换夹具或机床情况下，根据工件纤维方向保持顺纤维方向切削，因此切削所得加工表面平滑，不会引起纤维劈裂，加工精度也较高。双立铣的工作台表面带有滑槽，如在其上面安装导尺，就能起到单头下轴铣床的作用。图 2 所示的卧式自动双轴靠模铣床是生产实木桌椅、沙发的专用设备，该机有两个可以装配成型铣刀的刀轴（两刀轴间距可自动变化） ，加工时，只需将工件装在相应的模具上，由两个水平橡胶进料辊（可调节高度）压紧扣驱动，铣刀便可依据模具形状在工件两侧同时进行铣型。该铣床主要是依靠模具加工，模具的形状决定加工零件的线型，刀轴线始终处于弧面的法线位置，这与采用下轴铣床加工的结果完全不同。下轴铣床加工不可能使刀
40、轴始终处于弧面的法线位置，因此铣出的型面很可能会移位。一般工艺过程是：先由细木工带锯配制出留有加工余量的变曲形毛料，然后在压刨上利用模具加工成弯曲零件或用下轴铣床加工其两个弧面，然后用卧式自动双轴靠模铣床加工两侧型面。该机同样也适宜加工实木弯曲或薄板胶合弯曲而成的弧形零件的两侧型面。图 3 所示为双轴自动靠模铣床的加工工艺过程。2.4 立式自动双侧模铣床图 4 所示为立式自动双侧靠模铣床，有双轴型、四轴型、六轴型以及八轴型等，该类铣床的加工原理和加工方法与上述自动双轴靠摸铣床（卧式）基本相似，只是各种类型的自动双侧靠模铣床的进料装置不是水平进料辊，而是立式（或直进式）进料架，它可以同时安装和加
41、工几个工件，而且在铣型的同时还可以安装工件，能实现连续性铣型。目前，该类铣床在实木家具生产中是一种铣型效率较高的设备，其铣型加工的各类零部件如图 5所示。2.5 回转工作台式靠模铣床对于批量较大的曲线形型面实木零件，可以采用回转工件台式自动靠模铣床进行型面铣削加工。该类铣床的加工原理和中工方法是利用工件随回转工件台（或转盘）作圆周运动，通过铣刀轴上的挡环靠紧工件下的工模具完成的。其具体加工原理和工艺可参见宽面及板件型面的加工设备部分。2.6 镂铣机对于加工曲率半径小的曲线形零件，可以在镂铣机（立式上轴铣床）上采用成型铣刀，并通过模具和工作台面上凸出的仿形定位销（又称导向销）的导向移动进行切削加
42、工，一般每次的切削量较少，应多次切削才能完成。其具体加工原理和工艺可参见宽面及板件型的加工及设备部分。现代木材加工技术（三） （下)第三讲：现代木家具的型面与曲面铣削工艺3 宽面及板件型面零件的加工及设备较宽零部件以及板件的边缘或表面如需铣削出各种线型和型面，如镜框、画框、镶板以及柜类家具的各种板件和桌几的台面板、椅凳的座靠板等，一般可在回转工件台式自动靠模铣床、镂铣机、数控镂铣机以及双轴铣上加工。3.1 回转工作台式自动靠模铣床回转工作台自动靠模铣床（图 6）又称自动圆盘式仿形铣床、或自动圆盘式仿型刨花机，属于上轴铣床。通常有 1-2 个铣刀轴，主要用于实木零部件及板材的边部或外边缘铣削加工
43、。铣削量主要由挡环半径与刀具回转半径之差值所决定，铣削形状由所配的刀头形状决定。在回转工作台上装有模板，零件被安装在模板上之后，由压紧装置将它们压紧，挡环位于刀轴的下部，在气动或弹簧等压紧装置的压紧力作用下，模板的边缘紧靠挡环，随着工作台的转动，铣刀就能按模板的曲线形状对工件进行加工。模板应随零件曲线形状的改变而 更换，工件的装卸和加工可同时进行，而且一个模板上一次可安装多个零件，所以生产率高，适合于大量生产。图 7 所示为回转工作台式自动内径靠模铣床、又称自动圆盘式内径仿型铣或自动圆盘式内径仿型刨边机，有轻型和中型两种。该类铣床属于下轴铣床，其铣削加工方法与上述铣床基本相似，适合于实木零部件
44、以及板材内径的铣削，如镜框、画框以及内弯零部件的加工等。3.2 镂铣机：镂铣机主要用于零件外形曲线、内部仿形铣削，花纹雕刻、浮雕等加工。其原理是将被加工零件与模板固定在一起，在可升降工件台面上有凸出的仿形异向销（又称定位销，一般伸出高为 6mm） ，由于导向销的轴线与铣刀的轴线在同一中心线上，所以当模板边缘紧靠导向销移动，即可加工出所需的曲线形零件；如在模板的背面（靠近导向销的一面）预先加工出符合设计要求的仿形曲线凹槽（该仿形曲线能反映被加工图案的轮廓） ，根据花纹的断面形状来选择端铣刀，加工时模板内边缘沿导向销移动，则可加工多种纹样或式样的图案。图 8 所示为镂铣机加工各种零部件及导向销的安
45、装方法。3.3 数控铣床（加工中心）随着科学技术的发展以及数控、柔性和计算机技术的应用，在木工机械中镂铣机最早地采用了这些技术。数控铣床（图 9） ，使自动化程度、加工精度、操作性能、生产效率等得到了进一步的提高。近年来，家具及木制品行业已广泛使用数控镂铣机。根据设定的程序，通过刀架（一般有 28 个刀架）的水平方向或垂直方向移动、工作台的移动以及刀头的转动，进行自动操作，在板件表面上加工出不同的图案与形状。数控机床（NC）和计算机数控机床（CNC）等加工中心（MC） ，在家具及木制品生产中得到了较为广泛的应用，其原因是 NC 或 CNC 数控加工中心调节快、辅助工作时间短、加工精度和自动化程
46、度高，可进行铣、钻、锯、封边、砂光等全套加工，实现三维立体化生产，一机多能。数控机床能按照工件的加工需求和设定的程序，自动地完成立体复杂零件的全部加工。因此，一台 NC 或 CNC 数控加工中心能满足现代家具企业对产品多方面的加工要求，并能迅速适应设计和工艺的变化，还能适应高效、高精度小批量多品种的生产。木加工的数控加中心具有三个坐标轴，它们相互正交并可按编排好的程序同上运行。Z 轴为传递切削动力的主轴，X 轴为水平轴并与工件装夹面平行，Y 轴可根据 X、Z 轴的运运按右手笛卡尔坐标系加以确定。坐标运动分配是指把数控加工中心所需要的坐标运运分配到刀具系统和工件系统中，一般可通过刀架的水平 X
47、轴或垂直 Y 轴方向的移动、工作台的多向移动以及刀头的转动等，实现工件的装夹、进给和切削加工。数控机床或数控加工中心的结构主要有悬臂式和龙门式。其刀轴的排列方式通常有下列两种形式：1）多轴平行排列形式。此型数控铣床：各铣刀轴间距固定排列，不带自动换刀功能，变化切削靠更换铣刀来完成。通常刀轴为 2-12 根（图 10） 。2）单轴或双轴刀具库排列形式。这是目前家具企业常用的数控加中心，其刀具库有转塔式（配有 4-8 把刀具） 、盘式（配有 8-12 把刀具）和链式（刀具固定在一特殊的周边） ，由计算机控制自动换刀（图 11） 。数控木工加工中心，可通过电脑自动控制工件的运动、刀具的选择和更换刀具
48、、以及按 CAD 设计程序的自动操作。为复杂的家具雕刻和铣型工艺自动化创造了良好的条件。待加工件由真空吸盘吸附使其稳固在工作台上，加工主轴上可安装锯片、铣刀、钻头、刨刀、砂轮等刀具，以实现锯断、起槽、铣槽、雕刻、倒角、刨削、钻孔、砂光等各种加工。图 12 为加工中心所实现的各种加工形式示意图。3.4 双端铣是一种多功能的生产设备，其每侧配有多个水平或垂直刀轴，可以安装锯片、铣刀、钻头、砂光头等，进行截断、裁边、斜截、倒棱、铣边、铣型、开榫、起槽、打眼、钻孔、砂光等加工（图 13） 。一般用于实木零部年的端部锯切和端部铣型等加工，若使用成型铣刀（或成型砂光头） ，可在实木零部件的边部铣削型面或曲
49、面（图 14） 。双端铣广泛用于地板的榫舌企口、实木门的齐边铣型、木质人造板精截边等加工。4 复杂外形型面零件的加工及设备对于纵向和横断面均呈复杂外形型面或复杂曲线型体的零件，如鹅冠脚、老虎脚、象鼻脚、弯脚等，均可在仿型床上进行仿型加工。仿型铣床是铣削复杂形面木制零件的一种专用铣床，它是利用靠模或样模，通过铣刀与工件间所形成的复合相对运动来实现仿形加工，所以又称靠模铣床。根据铣刀形状的种类、铣削加工的方向和铣削零件的形状，仿型铣床可分为以下几种：4.1 杯形铣刀仿型铣床采用杯形铣刀（或碗形铣刀）对工件外表面或内表面进行立体仿型铣削加工（图 15） ，如脚型、弯腿、鞋楦、假肢等。其工作原理是按零件形状尺寸要求先作一个样模（可以是金履，木质或其它材料，要求有一定的强度和刚度） ，将仿型辊轮紧靠样模，样模和工件都绕自身轴线作同步回转运动，而安装在仿形刀架上的杯形铣恨，除主切削运动外（铣刀回转运动轴线与工件回转运动轴线相平行） ，仿型刀架还随仿型辊轮一起同步摆动，使铣刀沿工件纵向（轴线方向）和横向（半径方向）的作同步进给运行，仿
