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实木家具生产中机械配料的典型工艺与设备 吴智慧

发布者: 随风 | 发布时间: 2020-5-15 07:45| 查看数: 314| 评论数: 0|帖子模式

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实木家具生产中机械配料的典型工艺与设备
吴智慧
(南京林业大学家居与工业设计学院,南京210037)
摘 要:配料是按照产品零部件的尺寸、规格和质量要求,将锯材锯制成各种规格和形状的毛料的加工过程。由于配料是实木家具生产的重要前道工段,因此,会直接影响材料利用率、劳动生产率、产品成本、产品质量和经济效益等。目前,在我国实木家具生产中,在生产规模、设备条件、技术水平、加工工艺及加工习惯等多种因素的影响下配料方式也多种多样。笔者主要概述了人工半机械配料、机械自动配料和机械智能配料等3种典型方式。随着工业4.0与“两化”融合的推广应用,实木家具生产中的配料积极采用机械自动化和智能化的工艺与装备,对推动和实施实木家具的智能制造和转型升级具有十分重要的现实意义。
关键词:实木家具;配料;机械化;自动化;智能化

[size=1em]在实木家具生产过程中,零部件的制作通常都是从配料开始的,经过配料将锯材锯切成一定规格尺寸的毛料[1-2]。配料就是按照产品零部件的尺寸、规格和质量要求,将锯材锯制成各种规格和形状的毛料的加工过程。因此,配料是实木家具生产的重要前道工段,直接影响产品质量、材料利用率、劳动生产率、产品成本和经济效益等。在配料时,其关键就是要根据实木家具产品的质量要求合理选料[3],掌握对木材含水率的要求,合理确定加工余量;正确选择配料方式和加工方法,尽量提高毛料出材率[1-2]。根据实木家具产品类型和企业规模,国内实木板材的配料工段可分为人工半机械配料、机械自动配料和机械智能配料等3种典型方式。

1 人工半机械配料

[size=1em]人工半机械配料是采用普通木工机械对实木锯材进行先横截后纵解、或先纵解后横截、或先划线后锯截、或先粗刨后锯截、或先粗刨—锯截—胶拼再锯截等加工的配料方式[1-2]。

[size=1em](1)先横截后纵解配料[1-2]:先采用普通横截锯(见图1)将实木锯材按照零件的长度尺寸及质量要求横截成短板,同时截去不符合技术要求的缺陷部分如开裂、腐朽、死节等,再用单锯片(见图2a)或多锯片纵解圆锯(见图2b的多片纵解圆锯,图2c的下轴多片纵解圆锯,图2d的上下双轴多片纵解圆锯)、或小带锯(见图3)将短板纵解成毛料。这种工艺的优点是由于先将长材截成短板,便于车间内运输;可以长短毛料搭配锯截,充分利用原料长度,做到长材不短用。

[size=0.8em]图1 实木锯材配料用横截锯
Fig.1 Cut-off saw for solid wood lumber dimension

[size=1em](2)先纵解后横截配料[1-2]:先采用单锯片或多锯片纵解圆锯(见图2)将实木锯材按照零件的宽度或厚度尺寸纵向锯解成板条,再根据零件的长度尺寸采用普通横截锯(见图1)将其截成毛料,同时截去缺陷部分。这种工艺适用于配制同一宽度或同一厚度的规格毛料。

[size=0.8em]图2 实木锯材配料用纵解圆锯
Fig.2 Multi-blade rip saw for solid wood lumber dimension

[size=1em](3)先划线后锯截配料[1-2]:根据零件的规格、形状和质量要求,先在板面上按套裁法划线,然后按线再锯截为毛料。采用套裁划线下锯可以用相同数量的板材生产出最大数量的毛料。生产实践证明,该种方法可以使木材出材率提高9%,尤其对于曲线形零件,预先划线,然后采用小带锯或细木工带锯(见图3)锯截配料,既可保证毛料质量,又可提高出材率和生产率。划线配料在操作上有平行划线法和交叉划线法两种。

[size=0.8em]图3 实木锯材配料用纵解细木工带锯(小带锯)
Fig.3 Width cutting band saw for solid wood lumber dimension

[size=1em](4)先粗刨后锯截配料[1-2]:先将板材经单面或双面压刨刨削加工,再进行横截或纵解成毛料。由于板面先经粗刨,所以材面上的缺陷、纹理及材色等能较清晰地显露出来,操作者可以准确地看材下锯,按缺陷分布情况、纹理形状和材色程度等合理选材和配料,并及时剔除不适用的部分。

[size=1em](5)先粗刨—锯截—胶拼再锯截[1-2]:将板材经刨削、锯截和剔除缺陷后,利用指接和平拼,分别在长度、宽度和厚度方向进行接长、拼宽、胶厚制成拼板或集成材(胶合木),然后再锯截成毛料。这种工艺能充分利用材料,有效地提高了毛料出材率和保证零件的质量。

2 机械自动配料

[size=1em]机械自动配料是一种用于工业生产的自动化配料方法,在家具生产中主要使用以下两种方式:

[size=1em](1)优选横截锯配料[1,4-7]:按照零件的宽度或厚度尺寸要求,先将实木锯材在具有机械进料的单锯片或多锯片纵解圆锯机(见图2)上进行纵向锯解加工成板条,然后再通过机械或自动进料的优选横截锯自动检测板条长度、缺陷位置和等级等信息,并进行优选定长、截去缺陷等横截加工。这种工艺是将机械进料的纵解圆锯机、机械或自动进料的优选横截锯(见图4)连成生产线,并通过辊筒或皮带运输链和人工的部分参与协作(如通过人工划线方式标注木材表面缺陷位置及等级区域),适用于配制同一宽度或同一厚度规格的大批量毛料,生产效率高。

[size=0.8em]图4 实木锯材配料用自动优选锯
Fig.4 Optimizing cross-cut saw for solid wood lumber dimension

[size=1em]通过以上主要设备可以组合连成不同的实木配料工艺生产线,图7a和图7b所示分别为由1台自动四面刨、1台全自动扫描仪、2台或3台优选横截锯以及相关辅助设备组合的自动优选备料生产线。图7c所示为由1台全自动扫描仪、2台优选横截锯、1组全自动指接机、1台自动四面刨以及相关辅助设备组合的自动优选备料生产线。图7d所示为由1台全自动扫描仪、1台优选横截锯、1组全自动指接机以及相关辅助设备组合的自动优选备料生产线。

[size=0.8em]图5 实木锯材配料用数控曲线带锯
Fig.5 NC curve band saw for solid wood lumber dimension

3 机械智能配料

[size=1em]随着工业4.0和智能制造在家具制造业中的推广应用[8-10],在现代实木家具、实木橱柜、实木门窗等产品生产制造过程中,随着实木零部件造型多样化和大规模定制方式的尝试[11-13],机械配料也开始由自动化向智能化的方向发展。尤其是智能优选设备和在线无损检测技术的不断发展,已经可以形成由自动扫描仪、优选锯、自动指接机、四面刨、自动高频拼板机等设备组成的机械智能与优选配料的生产线[14]。以实木机械生产商德国威力集团的木材优选备料技术为例,其典型的配料工艺与设备主要包括以下几部分:

[size=1em](1)板材扫描:采用全自动扫描仪(见图6a)对原材料板材进行扫描,又称纵解扫描。先通过全自动扫描仪对板材进行扫描检测,检测整块板材尺寸信息并扫描板材表面缺陷(如节疤、开裂、夹皮等)位置,然后扫描仪根据工厂需要加工的零部件长度、宽度尺寸及等级要求,对每块板材制定最佳的锯解方案,以便实现最大价值化的多片锯解。

[size=1em](2)板材剖分:采用具有移动锯片技术的优选多片锯(见图6b)对板材进行定宽剖分或锯解成板条。可以根据原材料板材的宽度尺寸及等级,同时结合需要加工的板条宽度尺寸及等级,对每块板材进行宽度方向优选锯解。该设备可与上述纵解扫描仪连线实现高自动化的优选纵解。位于上游的纵解扫描仪将每块板材的最佳锯解方案传送给优选多片锯,优选多片锯前端定位装置对板材进行自动定位送料,同时移动锯片根据扫描仪指令移动到相应位置进行锯切,实现对每块板材高速、高效、高价值的锯解。

[size=1em](3)板条扫描:采用全自动扫描仪(见图6a)对定宽后的板条进行四面扫描,又称横截扫描。经过多片锯锯解后的定宽板条,通过传送装置自动传送至横截扫描仪工位,全自动扫描仪对定宽板条四个面进行扫描检测,检测每根板条尺寸信息并扫描板条表面缺陷(如节疤、开裂、夹皮等)位置,然后扫描仪结合工厂需要加工的部件长度尺寸及等级要求,对每块板条进行优化计算和制定最佳的横截方案,实现最大价值化的横截加工。

[size=1em](4)定长横截:采用优选横截锯(见图6c)对板条进行优选、定长横截和切除缺陷。优选横截锯可与上游横截扫描仪连线实现高自动化横截锯切生产线。位于上游的横截扫描仪自动检测每根板条的长度、缺陷位置和等级等信息,并将对每根板条进行优化制定的最佳锯截方案传送给优选横截锯,同时通过传送装置将相应板条传送的锯切工位,优选横截锯根据扫描仪指令自动对板条进行定位锯截和分选,实现对每根板条最大价值化的横截加工。

[size=1em](5)指榫接长:采用全自动指接机(见图6d)对撗截后的板条进行指形榫加工和接长加工。通过指形榫铣齿机、指形涂胶机、接长机等能够进行自动铣齿、自动指榫涂胶、自动接长和自动定长截断,可以极大地提高材料的利用率和指接的生产效率。

[size=1em](6)板材刨光:采用双面刨(平压刨)或四面刨(见图6e)等自动进料刨削设备,对实木锯材、或对指榫接长后的板条进行表面粗刨加工,以合理获得高质量的毛料。

[size=1em](7)拼板胶合:采用全自动高频拼板机(见图6f)对指榫接长和定长截断后的板条进行宽度上的胶拼。先通过拼板机的涂胶装置对板条胶合面进行自动喷胶,然后自动组坯、自动送入拼板机内夹紧加压和高频加热胶拼。高精度自动喷胶装置,在板材涂胶面喷成一条条胶线,胶量可控,比传统涂胶方式节省涂胶量,并可减少溢胶量;同时,合理的夹紧加压方式,能最大程度地减小拼板厚度差,减小所需砂光量,提高加工质量和出材率。

[size=0.8em]图6 典型优选配料设备(德国威力集团)
Fig.6 Typical equipment for optimizing dimension system with scanner(WEINIG Group)

[size=1em]要提高对其的重视程度,首先要从高层着手。只有管理者重视并且注重运用,才能更好地让工作人员应用到实际工作中。首先,管理人员要树立自己正确的意识,起到带领员工主动学习的作用。同时企业也要加强对员工的培训与教导,让他们提高自己的工作意识,时刻意识到管理会计工作的重要性,不断地加强自己的工作能力,紧跟时代步伐抓住机遇为企业创造更大的利益。

[size=0.8em]图7 典型自动/智能配料工艺与设备方案(德国威力集团)
Fig.7 Typical process and equipment layouts for automated/optimizing dimension(WEINIG Group)

4 结语

[size=1em]目前,我国在实木家具生产中,配料方式是多种多样的,其中主要有人工半机械配料、机械自动配料和机械智能配料等3种典型方式,也有单一配料和综合配料两种方法。但总的来说,配料的目的就是要提高材料利用率和劳动生产率,降低原料浪费和产品成本,保证产品质量和经济效益。因此,在大力推进工业4.0与“两化”融合的新形势下,为推动和实施实木家具的智能制造,作为实木家具生产的重要前道工段,其配料采用机械自动化和智能化的工艺与装备,对实木家具传统制造业的技术提升和转型升级具有十分重要的现实意义。

[size=1em]参考文献:

[size=1em][1]吴智慧.木家具制造工艺学[M].北京:中国林业出版社,2012.

[size=1em][2]吴智慧.木家具生产中的合理配料[J].家具,1996,17(2):4-6.

[size=1em][3]王安正,关惠元.面向大规模定制的实木家具产品设计标准化研究[J].家具与室内装饰,2018,25(10):56-59.

[size=1em][4]张杰,姚翔,宋魁彦.实木家具生产的配料工艺和优化横截锯[J].国际木业,2006,36(5):24-26.

[size=1em][5]向萧.关于家具现代配料的探讨[J].广东科技,2007,14(6):431-433.

[size=1em][6]许美琪.家具制造技术进展[J].家具,2006,27(2):44-49.

[size=1em][7]梁岳,李军.优选锯技术在实木家具配料中的适用性[J].家具,2017,38(2):22-25.

[size=1em][8]吴智慧.工业4.0:传统制造业转型升级的新思维与新模式[J].家具,2015,36(1):1-7.

[size=1em][9]吴智慧.工业4.0时代家具产业的制造模式[J].林产工业,2016,43(3):6-10.

[size=1em][10]吴智慧.工业4.0时代中国家居产业的新思维与新模式[J].木材工业,2017,31(2):5-9.

[size=1em][11]徐挺.实木家具异型零件的结构表达与生产工艺[J].家具与室内装饰,2014,21(6):52-53.

[size=1em][12]徐立城,徐伟,黄琼涛.基于人—机作业分析的梳齿榫开榫工序优化研究[J].家具,2018,39(6):6-10.

[size=1em][13]葛晓伟.我国整体橱柜发展历程及形状研究[J].家具,2017,38(4):39-41,84.

[size=1em][14]梁岳,李军.优选锯技术在实木家具配料中的适用性[J].家具,2017,38(2):22-25.


[size=1.8em]Typical Techniques and Equipment of Mechanical Dimension in the Production of Solid Wood Furniture
[size=1em]WU Zhihui
(College of Furnishings and Industrial Design,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China)

[size=1em]Abstract:Dimension is the process of splitting and cutting the wood into the required size and shape using the cutter saw according to the size,specifications and quality requirements of the product components.Due to dimension is one of the important preceding procedure of the solid wood furniture production,it will directly affect the utilization rate of material,labor productivity,the product cost,product quality,economic benefit,etc.At present,in the production of solid wood furniture in our country,dimension has various modes due to the effects of many factors in aspects of the scale of production,equipment conditions,technical level,processing technology and processing habits.This paper mainly summarizes three typical methods of dimension as manual labor and semi-mechanization,mechanical automation,and intelligent.As the large-scale popularization and application of the industry 4.0 and the combination of industrialization and informationization,wood dimension must adopt mechanical automation and intelligent technology and equipment,which will have very important practical significance to promote and implement intelligent manufacturing and transformation and upgrading for the production of solid wood furniture.

[size=1em]Key words:solid wood furniture;dimension;mechanization;automation;intelligent


[size=1em]中图分类号:TS664

[size=1em]文献标识码:A

[size=1em]文章编号:1000-4629(2019)04-0001-05

[size=1em]基金项目:林业公益性科研专项经费资助(201404501);梅州市汇胜木制品有限公司科技创新项目(YH-MZHS-NL-201601)。

[size=1em]作者简介:吴智慧(1963-),男,教授,研究方向为家具设计与工程。E-mail:wzh550@sina.com

[size=1em]引文格式:吴智慧.实木家具生产中机械配料典型工艺与设备[J].家具,2019,40(4):1-5.



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