实木椅类家具生产中用的到机械加工设备及方法

椅类家具的支架零部件是椅类家具生产的主要部分。椅类另部件的加工与其它类型的实木家具相比，其生产工艺与设备都比较复杂，特别是支架零部件型面、榫头和榫眼的加工是椅类生产的几个关键工序。本文以意大利巴利维李（BALESTRINI）公司椅类专用生产设备为例，介绍椅类生产工序中的设备及基本性能。

1　椅类零部件型面的加工与设备

2.1.1　椅类零部件直、曲线形型面的加工

　　直线形型面是指被加工面的轮廓线为曲线或直线,切削轨迹为直线的零部件,曲线形型面是指加工面的轮廓线为曲线或直线,切削轨迹为曲线的零部件。在生产这些零部件时,一般原材料是经过加工的净料,采用靠模铣床来完成。其零部件精度主要取决于靠模铣床的类型、模具的制造精度、铣刀轴的转速和进料速度等。靠模铣床有单侧和双侧铣削两种形式,如果采用单侧铣削直、曲线形型面零部件时,必须变换一次定位基准,因此加工精度较低,在实际生产中更多地是采用双侧靠模铣床加工。

1.2　直、曲线形型面的加工设备

1.2.1 卧式双侧双轴靠模铣床

图1　卧式双侧双轴靠横铣床

　　巴利维李(BALESTRINI)公司生产的卧式双侧双轴靠模铣床(图1),该铣床使用的模具线形与生产的零部件线形相似或相同,而型面是靠成型铣刀来控制。成型铣刀采用12个铣刀片的组合铣刀,刀轴的转速为8000r/min,并可以根据生产零部件的纹理方向调整其顺逆转向。卧式双侧双轴靠模铣床每次仅加工一个零部件,采用特殊模具可以同时加工两个对称的零部件(图2)。加工的零部件最大尺寸为2500×500×18Omm,因此生产效率较低,适合于生产规模较小的企业。

图2　双侧双轴靠模铣床工作图

1.2.2　立式双侧系列靠模铣床

　　立式双侧系列靠模铣床同时可以安装和加工几个零部件。立式双侧系列靠模铣床分为双侧两轴,双侧四轴、双侧六轴和双侧八轴。双侧六轴和八轴靠模铣床后部的2个或4个轴均为砂光轴,这样在锐型后,可以对零部件型面进行砂光处理,将原来两道工序合并为一道工序完成,解决了直、曲线形型面表面砂光难的问题,提高了劳动生产率。计算机控制的CNC立式双侧8轴靠模铣床(图3),零部件在模具上的定位是通过中心定位系统自动调整,铣刀轴的转速提高到8400r/min,使原料的损失率降低,加工精度进一步提高。整个设备是通过随机配置的计算机对各项加工进行控制。计算机的操作系统是在Win98界面上,运用CAD/CAM软件,使操作更加清晰简便。设备的加工精度、进料速度和机械化程度等比普通立式双侧8轴靠模铣床高,特别是自动定位系统更加精确。

图3　CNC控制的立式八轴靠模选铣床

2　椅类零部件榫头的加工与设备

2.1　椅类零部件榫头的加工

　　榫头生产工序是椅类零部件加工量的主要工序,零部件在开出榫头后,即形成了新的定位基准和装配基准。榫头的加工精度直接影响到后续工序的加工精度、装配精度以及椅类的强度。因此加工榫头时,应严格控制两榫间之间的距离和榫颊与榫肩之间的角度;两端分别开榫头时,应使用同一表面作基准;安放零部件时,零部件之间以及零部件与基准面之间不能有杂物。榫头加工设备可加工椅类零部件的各种类型榫头(图4)。

图4　榫头的类型

2.2　榫头的加工设备

　　目前常用的榫头形式有指形榫和椭圆榫。其生产设备主要有铣齿机、双端铣、立式铣床、单端榫头机和双端榫头机等。由于椭圆榫的榫头和榫眼容易实现机械加工,因此椭圆榫被广泛地应用在椅类零部件的结构中。在生产中可以根据榫头的类型选择单端榫头机或双端榫头机。

2.2.1　单端榫头机

　　巴利维李(BALESTRINI)公司生产的单端双台榫头机(图5)。榫头的加工首先是采用组合铣刀对零部件的端部进行精锐,然后再进行开榫。开榫时铣刀的运动轨迹近似水平的“8”字,因此可以同时加工两个零部件的单个榫头。单端榫头机可以加工的榫头最大尺寸为50×100×30mm,榫头端部可以根据需要进行加工倒角。调整工作台靠尺角度可以加工小于45°C斜角的榫头和榫肩,满足斜角的榫结合。

　

图5　单端双台榫头机　　　　　　　　　　图6　双端榫头机（局部）

2.2.2　双端榫头机

　　巴利维李(BALESTRINI)公司生产的双端榫头机(图6),它可以在一次定基准后同时加工零部件两端的榫头。对于中心非对称的零部件,设备可以自动调节其加工位置和角度并自动开出两端的榫头(图7)。该类型设备加工榫头的尺寸和角度与单端榫头机基本相同。由于这类生产设备的进料和开榫头是连续进行的,因此适合连续化、大批量的生产。

3　椅类零部件榫眼的加工与设备

图7　双端对称与非对称的榫头

3.1　榫眼的加工

　　榫眼的加工同样是椅类零部件生产的主要工序,如采用榫眼作为零部件的定位和装配基准时,榫眼的加工精度尤为重要。为了确保加工精度,铣刀的刃磨要精确,不应使铣刀的端面形成椭圆或使铁刀的铣削尺寸过大或过小,形成扩孔或孔径不足等现象,同时准确调节靠尺的位置,使榫眼的加工深度保持一致。

3.2　榫眼的加工设备

3.2.1　单头双台榫眼机

　　巴利维李(BALESTRINI)公司生产的单头双台榫眼机(图8)。该机可以生产各种类型的椭圆榫棒眼或圆榫眼。工作台可以倾斜20°,如果再配以斜面模具,加工出的榫眼斜度范围非常大。铣刀横向摆动幅度为120mm，摆动速度可以达到350次/min,最大榫眼深度和榫眼厚度分别为8Omm和3Omm。榫眼机的铣刀轴转速为9000r/min以上,因此可以加工各类榫眼,而且榫眼的加工精度较高。

图8　单头双台榫头机

3.2.2　多轴双台榫眼机

　　巴利维李(BALESTRINI)公司生产的多轴双台榫眼机(图9)。该机主要用于椅类家具腿部零部件的榫眼加工(图10)。零部件中榫眼的数量、深度和斜度等采用计算机控制,并通过水平或垂直铣刀的位置和角度变换,在定基准后一次完成加工,是一种自动化程度较高的榫眼加工设备。

图9　多轴双台榫眼机

图10　榫眼的类型

3.2.3　锯铣钻组合机

　　椭圆榫榫眼机可以加工圆榫眼,另有专用的圆榫眼加工设备,如锯铣钻组合机。该类型设备是将锯切、钻孔和铣型的加工工序集中在一道工序中完成的组合式生产设备。首先在零部件的端面进行精截,端面的精截角度可以通过工作台的倾斜调整,其角度范围为负10°到正45°。然后在零部件的端部或侧面铣型,在生产中常在端面结合面铣出齿形榫,用以增大插入榫的结合强度。榫眼的加工可选择不同类型钻座(图11),实现在零部件的端部或侧面钻孔的孔间距要求。锯铣钻组合机分为单侧和双侧两种设备类型,双侧锯铣钻组合机可以分别独立调整两侧的加工形式,而且钻孔和铣型速度高于单侧锯铣钻组合机{图12}。

图11　钻座的类型

图12　双侧锯铣钻组合机

4　实木或椅类专用的CNC加工中心

　　椅类各类零部件的型面、榫头和榫眼加工,除在单机上完成外,人们将计算机控制技术应用在椅类零部件的生产中,开发了在一次定基准后完成多项加工的加工中心(图13)。该机在计算机控制下,自动完成锯切、刨削、铣型和钻孔等功能。CNC加工中心具有六个自由度的主轴,同时可以根据零部件的纹理变换转向,由计算机根据加工的需要自动控制加工的方式和变换刃具。双工作台可以在一个工作台加工的同时,另一个工作台更换零部件。工作台上的真空吸盘或吸筒快速夹紧零部件,并实现自动定位,使整个生产过程实现自动化生产。椅类NCN加工中心,设备精度高,主轴转速快、配有多种刃具、加工节奏连贯流畅,因此生产效率高,适合连续化、大批量的生产企业。

图13

　　椅类生产设备机型很多,意大利巴利维李(BALESTRINI)公司椅类专用设备是具有代表性的。我们通过刃具、夹具、模具的改进可以进一步拓展椅类设备的功能,提高椅类产品的生产效率和产品的质量。另一方面,在椅类产品的开发中,应注重充分利用和开发椅类加工设备的功能。

作者：宋魁彦　王逢瑚　梁英春