论文部分内容阅读
摘 要：随着我国经济领域的不断发展，各行各业都在面临转型升级，家具生产加工领域也不例外。家具生产批量化、机械化、自动化是家具企业必须走的一条发展道路，这是提高企业市场竞争力、挖掘企业发展潜力的重要一步。基于此，本文主要分析并探讨了家具企业生产设备的技术改良要点，希望可以为家具企业的转型升级之路提供一些思路与参考。
关键词：家具生产设备;技术改良;要点;路径
引言
随着我国经济全球化效应的逐步加深，原材料、人工成本都开始逐步提高，企业在市场中要想依靠低成本来占据市场份额，难度越来越大。市场现状逼迫企业进行转型和改革，进而使用更加科学的生产加工方式，提高成本控制的水平，扩大利润空间。目前，我国家具企业普遍表现出产品设计水平有限、多样化程度不足、定制化能力较低等问题，需要从家具生产设备改良的角度入手进行改革，最终提高自身市场的核心竞争力。
1.家具生产设备概述
现代家具大致可分为实木和板式两类，所应用的生产设备种类大同小异。切削类生产机床是家具生产加工领域内的主要设备，可根据生产方式分为锯、刨、铣、钻、榫、车、磨等多个小类。生产设备的生产性能根据可加工材料的类型、尺寸范围、适用生产规模、生产成本、生产精度、自动化程度、制造维修成本和难度、安全性、使用寿命等方面指标进行判断。
2.家具生产领域的改革要点
当前，家具生产设备的运行方式与市场需求有一定的错位，家具生产设备强调的是大规模、批量化生产，与此同时，保证家具生产的质量和准确性，但市场开始要求多样化和定制化，要求家具产品不能千篇一律，应当有各自的特点。在这样的市场要求下，家具生产就开始出现批次生产规模缩小、品种复杂、生产参数灵活更换的情况，企业又不能给每种家具都设计专门的生产线，那么提高生产设备的灵活程度、全自动计算生产路径就成为家具企业改革的要点。
3.家具生产设备的技术改良具体路径
3.1 异形零部件加工优化
现代家具强调设计感、多样化和定制化，异形零部件就是一种为满足造型设计、使用多样化需求而衍生出的零部件概念[1]。异形零部件具有明显的不规则外形，可作为外部装饰，也可以承担支撑、固定等结构功能。当下，异形零部件加工过程存在精度差、效率低、安全隐患大的问题，较大程度上依赖工人的手动加工，对生产设备进行技术改良十分有必要。异形零部件与常规零部件的加工主要区别在于净料加工工序，目的是满足异形零部件形状多变的加工需求。装饰性雕花类零部件可采用数控雕刻机，先建立数字模型后进行加工，生产效率和生产质量均高于工人手工雕刻;结构类线形零部件需要根据具体形状选择生产设备，回转形可直接应用车床加工，其他形状则需要用带锯机做曲线锯解，然后在立式铣床上进行加工，成型铣刀能够有效降低每一次的切削量，提高异形零部件的加工精度;结构类面形零部件需要靠模铣床搭配高精度的模板来完成加工，加工精度和操作简单程度均高于立式铣床;结构类块形零部件是加工工艺最复杂的异形零部件，需要先拼版后加工，在三維模型和CNC加工中心的配合下能够有效提高加工的精度和效率。异形零部件的生产加工想要实现自动化、机械化，仅靠当下的生产设备并不够，只有对设备进行优化、改进、搭配使用，才能够满足异形零部件复杂的造型需求。
3.2 家具自动喷涂优化
传统家具喷涂加工环节主要依赖人工操作，其生产效率低，工人工作环境恶劣。之后家具制造业逐步引入自动喷涂设备和生产线，但又遇到家具市场对设计感、造型多样化、定制化的要求，自动喷涂设备和生产线需要进一步提高喷涂灵活性和准确性。无论是人工示范，还是先建模后喷涂，都难以提高喷涂的生产效率。激光传感器的应用相当于给喷涂生产线加上了“眼睛”，使喷涂设备能够自动获取家具的结合图形，最终获得喷涂的最优路径[2]。即使生产线上频繁更换家具种类和样貌，也可以实现灵活喷涂，以保证喷涂的质量和效率。对于待喷涂的家具而言，它们最显著的特征就是轮廓特征、外表面尺寸，最难处理的喷涂位置也是这些轮廓边缘，要想提高自动喷涂的智能化水平，需要改进自动喷涂的边缘加工环节。借助激光传感器进行点云边缘提取，也是能够帮助自动喷涂设备判断家具边缘位置的改进方式。
3.3 粽角榫加工优化
中式家具是中式室内设计效果呈现的重要一环，与西式家具相比，中式家具中最具代表性特色的是榫卯结构。要想实现家具生产领域的自动化、机械化，就不能绕过中式家具榫卯结构的自动化生产与加工。粽角榫是中式家具榫卯结构中的典型代表之一，结构复杂、制作成本高，这也是限制中式家具生产效率提升的瓶颈[3]。我国中式家具生产企业要想提高生产质量和效率，逐渐摆脱手工制造的限制，需要做好复杂榫卯结构加工的设备技术改良。五轴机床是目前来看最能够满足粽角榫加工生产需求的设备，配合数控设备能够在一定程度上提高中式家具的生产效率。但五轴机床的操作比较复杂，毕竟是要进行多轴编程和二次开发，要求技术人员能够熟练应用数控加工程序进行编程开发。技术人员要想达到这一标准，则需要更多的培训时间。因此，进行五轴机床的数字化算法优化势在必行。以CB型双摆头五轴机床为例，在实际操作中刀具坐标系原点与刀尖中心不重合是比较常见的偏差问题，在生产中会影响粽角榫的高效生产。将刀尖点平移至刀具坐标系原点，将刀具坐标系平移至主轴，将主轴平移至旋转轴B，将旋转轴B移动至C，将旋转轴C移动至机床坐标系，这一系列操作可以将刀尖中心与刀具坐标系原点重合。数字化算法的应用就是将这一套操作以程序的方式引导机床自动完成，最终保证粽角榫的加工质量。
4.结束语：
综上所述，现代家具生产加工设备距离市场要求还有一定的距离，技术改良并非一蹴而就，要想实现家具生产的自动化、机械化，最终还需要技术人员进行更进一步的研究。
参考文献：
[1]马清如，熊先青. 木家具异形零部件分类优化及加工过程[J]. 家具，2020，41（01）：23-27.
[2]杨居帛. 基于激光传感器的家具自动喷涂路径获取研究[D].哈尔滨工业大学，2020.
[3]汤琳，关惠元，代鹏飞，张良竹. 五轴机床在粽角榫加工中的运用研究[J]. 家具，2019，40（03）：55-60.
作者简介：
杨晓军（1991，2-）男，民族：汉，陕西西安，学历：本科，专业：电子信息工程，职称：助理工程师，研究方向：机电技术。
潘冬华（1985，11-）男，民族：汉，浙江杭州，学历：专科，专业：模具制造技术，职称：助理工程师，研究方向：机电技术服务。
（1. 圣奥科技股份有限公司，浙江 杭州 311215;2.中策橡胶集团有限公司，浙江 杭州 310000）
关键词：家具生产设备;技术改良;要点;路径
引言
随着我国经济全球化效应的逐步加深，原材料、人工成本都开始逐步提高，企业在市场中要想依靠低成本来占据市场份额，难度越来越大。市场现状逼迫企业进行转型和改革，进而使用更加科学的生产加工方式，提高成本控制的水平，扩大利润空间。目前，我国家具企业普遍表现出产品设计水平有限、多样化程度不足、定制化能力较低等问题，需要从家具生产设备改良的角度入手进行改革，最终提高自身市场的核心竞争力。
1.家具生产设备概述
现代家具大致可分为实木和板式两类，所应用的生产设备种类大同小异。切削类生产机床是家具生产加工领域内的主要设备，可根据生产方式分为锯、刨、铣、钻、榫、车、磨等多个小类。生产设备的生产性能根据可加工材料的类型、尺寸范围、适用生产规模、生产成本、生产精度、自动化程度、制造维修成本和难度、安全性、使用寿命等方面指标进行判断。
2.家具生产领域的改革要点
当前，家具生产设备的运行方式与市场需求有一定的错位，家具生产设备强调的是大规模、批量化生产，与此同时，保证家具生产的质量和准确性，但市场开始要求多样化和定制化，要求家具产品不能千篇一律，应当有各自的特点。在这样的市场要求下，家具生产就开始出现批次生产规模缩小、品种复杂、生产参数灵活更换的情况，企业又不能给每种家具都设计专门的生产线，那么提高生产设备的灵活程度、全自动计算生产路径就成为家具企业改革的要点。
3.家具生产设备的技术改良具体路径
3.1 异形零部件加工优化
现代家具强调设计感、多样化和定制化，异形零部件就是一种为满足造型设计、使用多样化需求而衍生出的零部件概念[1]。异形零部件具有明显的不规则外形，可作为外部装饰，也可以承担支撑、固定等结构功能。当下，异形零部件加工过程存在精度差、效率低、安全隐患大的问题，较大程度上依赖工人的手动加工，对生产设备进行技术改良十分有必要。异形零部件与常规零部件的加工主要区别在于净料加工工序，目的是满足异形零部件形状多变的加工需求。装饰性雕花类零部件可采用数控雕刻机，先建立数字模型后进行加工，生产效率和生产质量均高于工人手工雕刻;结构类线形零部件需要根据具体形状选择生产设备，回转形可直接应用车床加工，其他形状则需要用带锯机做曲线锯解，然后在立式铣床上进行加工，成型铣刀能够有效降低每一次的切削量，提高异形零部件的加工精度;结构类面形零部件需要靠模铣床搭配高精度的模板来完成加工，加工精度和操作简单程度均高于立式铣床;结构类块形零部件是加工工艺最复杂的异形零部件，需要先拼版后加工，在三維模型和CNC加工中心的配合下能够有效提高加工的精度和效率。异形零部件的生产加工想要实现自动化、机械化，仅靠当下的生产设备并不够，只有对设备进行优化、改进、搭配使用，才能够满足异形零部件复杂的造型需求。
3.2 家具自动喷涂优化
传统家具喷涂加工环节主要依赖人工操作，其生产效率低，工人工作环境恶劣。之后家具制造业逐步引入自动喷涂设备和生产线，但又遇到家具市场对设计感、造型多样化、定制化的要求，自动喷涂设备和生产线需要进一步提高喷涂灵活性和准确性。无论是人工示范，还是先建模后喷涂，都难以提高喷涂的生产效率。激光传感器的应用相当于给喷涂生产线加上了“眼睛”，使喷涂设备能够自动获取家具的结合图形，最终获得喷涂的最优路径[2]。即使生产线上频繁更换家具种类和样貌，也可以实现灵活喷涂，以保证喷涂的质量和效率。对于待喷涂的家具而言，它们最显著的特征就是轮廓特征、外表面尺寸，最难处理的喷涂位置也是这些轮廓边缘，要想提高自动喷涂的智能化水平，需要改进自动喷涂的边缘加工环节。借助激光传感器进行点云边缘提取，也是能够帮助自动喷涂设备判断家具边缘位置的改进方式。
3.3 粽角榫加工优化
中式家具是中式室内设计效果呈现的重要一环，与西式家具相比，中式家具中最具代表性特色的是榫卯结构。要想实现家具生产领域的自动化、机械化，就不能绕过中式家具榫卯结构的自动化生产与加工。粽角榫是中式家具榫卯结构中的典型代表之一，结构复杂、制作成本高，这也是限制中式家具生产效率提升的瓶颈[3]。我国中式家具生产企业要想提高生产质量和效率，逐渐摆脱手工制造的限制，需要做好复杂榫卯结构加工的设备技术改良。五轴机床是目前来看最能够满足粽角榫加工生产需求的设备，配合数控设备能够在一定程度上提高中式家具的生产效率。但五轴机床的操作比较复杂，毕竟是要进行多轴编程和二次开发，要求技术人员能够熟练应用数控加工程序进行编程开发。技术人员要想达到这一标准，则需要更多的培训时间。因此，进行五轴机床的数字化算法优化势在必行。以CB型双摆头五轴机床为例，在实际操作中刀具坐标系原点与刀尖中心不重合是比较常见的偏差问题，在生产中会影响粽角榫的高效生产。将刀尖点平移至刀具坐标系原点，将刀具坐标系平移至主轴，将主轴平移至旋转轴B，将旋转轴B移动至C，将旋转轴C移动至机床坐标系，这一系列操作可以将刀尖中心与刀具坐标系原点重合。数字化算法的应用就是将这一套操作以程序的方式引导机床自动完成，最终保证粽角榫的加工质量。
4.结束语：
综上所述，现代家具生产加工设备距离市场要求还有一定的距离，技术改良并非一蹴而就，要想实现家具生产的自动化、机械化，最终还需要技术人员进行更进一步的研究。
参考文献：
[1]马清如，熊先青. 木家具异形零部件分类优化及加工过程[J]. 家具，2020，41（01）：23-27.
[2]杨居帛. 基于激光传感器的家具自动喷涂路径获取研究[D].哈尔滨工业大学，2020.
[3]汤琳，关惠元，代鹏飞，张良竹. 五轴机床在粽角榫加工中的运用研究[J]. 家具，2019，40（03）：55-60.
作者简介：
杨晓军（1991，2-）男，民族：汉，陕西西安，学历：本科，专业：电子信息工程，职称：助理工程师，研究方向：机电技术。
潘冬华（1985，11-）男，民族：汉，浙江杭州，学历：专科，专业：模具制造技术，职称：助理工程师，研究方向：机电技术服务。
（1. 圣奥科技股份有限公司，浙江 杭州 311215;2.中策橡胶集团有限公司，浙江 杭州 310000）