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1 設備分析

 

家具的接合與固定主要依靠在家具相應部位打孔并安裝五金件或榫頭來(lái)實(shí)現[1]。因此，家具打孔是一項非常重要的工作，其工藝設備和加工質(zhì)量對家具的品質(zhì)而言至關(guān)重要。在現代家具生產(chǎn)中，打孔設備主要有排鉆和CNC打孔中心。

 

1.1 多排鉆

 

排鉆是木家具加工過(guò)程中打孔的專(zhuān)業(yè)設備，生產(chǎn)中常見(jiàn)的排鉆主要有3排鉆、6排鉆等。其中，六排鉆是大批量生產(chǎn)的最典型設備，必要時(shí)可以?xún)膳_六排鉆聯(lián)機工作，實(shí)現一次調機兩次定位打孔，生產(chǎn)效率非常高[2]。

 

六排鉆主要由控制面板、送料裝置、軌道、夾緊裝置、垂直排鉆架和水平排鉆架組成（圖1）。垂直鉆架可以以數字形式調整定位并沿著(zhù)精密的導軌精確地移動(dòng)。六排鉆上的鉆頭間距為32 mm。僅有少數國家使用其它模數的鉆頭間距。通常水平鉆座由多個(gè)鉆座組成．垂直鉆座由兩段獨立排座構成。多排鉆的排鉆鉆座數量一般由3排到12排（特殊需要時(shí)還可再添加鉆座），是由水平鉆座和下部垂直鉆座構成。

 

排鉆上所使用的鉆頭主要有階梯鉆、中心鉆、麻花鉆、定心鉆、锪鉆等[3]，鉆頭的結構決定了它的工作條件，即相對于纖維的切削方向、鉆孔直徑、鉆孔深度以及所要求的加工精度和生產(chǎn)效率。多排鉆加工時(shí)，定位后設置好參數，主軸向固定在工作臺上的工件做進(jìn)給移動(dòng)，以實(shí)現鉆削加工；若工作臺可移動(dòng)，也可鉆軸不動(dòng)，工作臺帶動(dòng)工件向鉆頭做進(jìn)給運動(dòng)。

 

1.2 CNC打孔中心

 

CNC打孔中心也即計算機數控打孔中心，是由基礎部件、主軸部件、控制系統、伺服系統、自動(dòng)換刀裝置以及輔助系統幾個(gè)部分組成，如圖3所示。其中，控制系統主要作用是輸入、存儲、數據處理、插補運算及機床各種控制功能；伺服系統則是將CNC裝置發(fā)出的位置和速度指令轉化為機床運動(dòng)部件的運動(dòng)。它的性能直接決定機床的加工精度、表面質(zhì)量和效率。

 

 

自動(dòng)換刀裝置由刀庫、機械手和驅動(dòng)機構等部件組成，可以實(shí)現電機和液壓或氣動(dòng)機構驅動(dòng)刀庫和機械手實(shí)現刀具的選擇與交換。常見(jiàn)換刀裝置是帶有刀庫的自動(dòng)換刀系統。CNC打孔中心的換刀過(guò)程、選刀方式、刀庫結構、機械手類(lèi)型，均須在數控裝置及可編程序控制器控制下，由電機和液壓或氣動(dòng)機構驅動(dòng)刀庫和機械手實(shí)現刀具的選擇與交換。如圖4所示。

 

位于打孔中心內部的數控裝置計算機對以數字和字符編碼方式所記錄的信息進(jìn)行一系列處理后，向機床進(jìn)給等執行機構發(fā)出命令，執行機構則按其命令對加工所需各種動(dòng)作，如刀具相對于工件的運動(dòng)軌跡、位移量和速度等實(shí)現自動(dòng)控制，從而完成工件的加工，即CNC打孔中心的加工原理。

 

2 加工方式分析

 

2.1 上料與下料方式分析

 

排鉆的上下料有人工上下料和自動(dòng)送料裝置上下料兩種。人工上下料的優(yōu)勢是機動(dòng)性強，適用情況廣泛，但速度慢、效率低，且費時(shí)費力。而采用自動(dòng)送料裝置上下料，可以以高速度、高效率、高精度等優(yōu)點(diǎn)滿(mǎn)足大批量加工，其劣勢在于能耗高、占用空地等。

 

自動(dòng)送料裝置依靠檢測裝置和送料裝置，將帶加工工件運輸至排鉆上，當工件到達鉆床加工位置時(shí)，送料裝置即收到指令松開(kāi)送料輥輪。排鉆依靠數字傳感器和顯示器自動(dòng)定位并加以鎖緊，無(wú)漂移無(wú)干擾，保證鉆孔位置的精度。如圖5所示。

 

CNC打孔中心自動(dòng)送料裝置，可配合打孔中心實(shí)現自動(dòng)送料，通過(guò)數字控制保證送料精度，從而提高設備的加工效率和自動(dòng)化程度。通過(guò)自動(dòng)送料系統，操作者只需在計算機系統里設置好送料進(jìn)給量，伺服系統會(huì )自動(dòng)按照設置好的數值確定每次送料的進(jìn)給長(cháng)度。

 

自動(dòng)上下料技術(shù)是綜合了計算機、控制系統、信息和傳感技術(shù)、人工智能等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)。在現代家具自動(dòng)化生產(chǎn)中，機床的上下料實(shí)現自動(dòng)化是十分必要的。采用自動(dòng)化上下料裝置，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本；而且可以保障工人的人身安全、改善勞動(dòng)條件、減輕勞動(dòng)強度等。

 

2.2 加工方法

 

2.2.1 排鉆加工方法

 

用排鉆進(jìn)行打孔加工時(shí)，首先需要檢查設備是否正常以及待加工的工件是否符合圖紙要求，然后定位調機，加工出第一件部件（即首件）時(shí)，認真核對加工質(zhì)量是否符合加工圖紙的要求，核實(shí)無(wú)誤后，方可進(jìn)行批量加工。進(jìn)行打孔加工的工件必須選面加工，確保見(jiàn)光面無(wú)破損、劃傷、崩邊等現象出現。打好孔的部件，孔位不能有發(fā)黑、爆裂，孔沿不可以有毛刺，且孔距誤差、孔位深淺需在允許范圍內；打孔加工后的部件需用紙皮進(jìn)行墊護，擺放高度離地面不得過(guò)高。此外，在加工過(guò)程中，還必須嚴格執行首件確認制度，以確保加工質(zhì)量，并在加工過(guò)程中不斷加強自檢力度。

 

首件確認是產(chǎn)品的標準及依據，是殘次品的判定點(diǎn)。其主要內容有如下四點(diǎn)：

 

（1）工藝文件是否完整、正確，并能指導生產(chǎn)；

 

（2）產(chǎn)品造型結構是否合理、適合批量生產(chǎn)；

 

（3）生產(chǎn)工藝安排是否合理可行；

 

（4）首件產(chǎn)品是否符合合同、客戶(hù)確認樣及安全標準要求。

 

2.2.2 CNC打孔中心加工方法

 

選用CNC打孔中心進(jìn)行打孔加工時(shí)，首先要將機床歸原點(diǎn)，加工前要先看清楚程式單和2D散件圖，確認與加工工件字碼相同、尺寸大小相同。如果是精料，應檢測工件的平行度、垂直度和水平度。

 

CNC打孔中心進(jìn)行孔加工時(shí)的關(guān)鍵在于PLC控制，即可編程控制，如上圖所示。PLC控制是對機床動(dòng)作的“順序控制”。即以CNC內部和機床各行程開(kāi)關(guān)、傳感器、按鈕、繼電器等開(kāi)關(guān)量信號狀態(tài)為條件，并按預先規定的邏輯順序對諸如主軸的起停、換向，刀具的更換，工件的夾緊、松開(kāi)，冷卻、潤滑系統等的運行等進(jìn)行的控制。如圖7所示。

 

與多排鉆打孔相比，CNC打孔中心具有如下優(yōu)點(diǎn)：

 

（1）與多排鉆相比，CNC打孔中心省略了調機、重復定位以及首件確認等時(shí)間，從而提高了生產(chǎn)效率，且能夠提高準確率；

 

（2）CNC打孔中心需要事先把AutoCAD文件存儲成DXF文件，打孔中心識別后即可進(jìn)行加工。所錄入的若干個(gè)加工信息，可重復調用，適合柔性化生產(chǎn)；

 

（3）CNC打孔中心定位有激光定位和物理機構定位。其中激光定位是定原點(diǎn)，而物理機械定準是指用機構定位原點(diǎn)，兩者均需要物理支持工件和真空吸盤(pán)固定。

 

3 經(jīng)濟性分析

 

3.1 零件尺寸規格

 

多排鉆多用于板式家具中系統孔的加工，且幅面平整，同一批的板件規格劃一，尺寸公差小的板件，調機定位容易，一次加工多個(gè)孔位，孔位品質(zhì)穩定。而CNC打孔中心則適用于多種規格尺寸板件的孔加工工序，尤其是加工異形工件，更能凸顯出CNC打孔中心的優(yōu)勢。

 

3.2 零件孔位分布

 

零件的孔位分布關(guān)乎設備的選用和打孔的效率，零件孔位的數量、分布規律都會(huì )決定選用哪種設備加工效率高、成本低。

 

多排鉆適合孔位分布比較均勻、規律性強的板間系統孔的加工。但多次調機定位也可實(shí)現其它情況的孔加工。對于孔位分布較零亂、隨意，甚至是毫無(wú)規律可言的板件，CNC打孔中心的優(yōu)勢更突出。

 

3.3 加工效率

 

多排鉆尤其是六排鉆，是大批量生產(chǎn)的典型設備。如果同一批次零件數量大，可實(shí)現兩臺六排鉆聯(lián)機工作，即一次調機兩次定位打孔。

 

CNC打孔中心省去了反復調機、重新定位以及首件確認等時(shí)間，生產(chǎn)效率高。但如果零件批次數量大，加工效率不如多排鉆。

 

多排鉆和CNC打孔中心對于不同情況的打孔加工有不同的優(yōu)勢，如何根據具體加工條件選用適當的加工設備，其經(jīng)濟性對產(chǎn)品成本的影響至關(guān)重要。因此，在加工中，應將形狀、尺寸和工藝相似的工件分類(lèi)成組，分別選擇不同的加工設備，按生產(chǎn)工藝實(shí)施成組加工，可以減少浪費的時(shí)間和費用，提高產(chǎn)量，充分發(fā)揮設備的優(yōu)勢。

 

4 新技術(shù)的應用

 

目前，最先進(jìn)的多排鉆多產(chǎn)自歐洲國家，如德國、意大利等制造業(yè)水平較高的國家。德國的HOAMG（豪邁集團）、意大利的BIESS（比亞斯）及VITAP等，都是著(zhù)名的木工多排鉆生產(chǎn)產(chǎn)商，旗下生產(chǎn)的多排鉆實(shí)現了排鉆與計算機相結合的生產(chǎn)，效率及精度都非常高。德國豪邁旗下WEEKE（威利）自動(dòng)送料多排鉆，可以實(shí)現自動(dòng)復位；定位系統設置—自動(dòng)加緊裝置；計算機全程控制、TFT顯示器；自帶加工編程系統等；意大利的VITAP Sigma Center排鉆，可以實(shí)現上下料流水線(xiàn)完成。

 

CNC打孔中心同樣來(lái)自德國和意大利的居多。著(zhù)名德國豪邁旗下的WEEKE（威利）的CNC打孔中心，允許在不停機的情況下加工不同尺寸的面板；意大利BIESS（比亞斯）的應用軟件biesseworks，能夠實(shí)現輔助圖形編輯器，用于編程加工操作；導入的CAD并掃描成DXF文件和CID3格式；3D模擬刀具路徑等。

 

5 總結

 

加工，而且還可以與其他的木工機床連接，組成流水線(xiàn)或自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)；

 

（4）多功能：一臺多排鉆除了完成打孔工序外，還與其他機床組合成高效多功能機床；

 

（5）專(zhuān)用性強：各種專(zhuān)用于椅子、抽屜等的多排鉆，能夠實(shí)現半自動(dòng)或全自動(dòng)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率極高。

 

相比較多排鉆而言，CNC打孔中心的使用情況則更為廣泛：

 

（1）工件結構復雜，內封閉或外封閉曲線(xiàn)形狀，尺寸公差小，精度要求高，鉆削條件多變時(shí)宜采用CNC打孔中心；

 

（2）周期性、小批量輪番生產(chǎn)，市場(chǎng)需求變化快，價(jià)格高，受流行趨勢變化影響的工件加工，也適宜采用CNC打孔中心。

 

多排鉆適合于孔位繁雜、數量多的板式家具部件，且在鉆孔時(shí)基本上可以保證在一次性定位后完成板式零部件的鉆孔要求。因此，多排鉆的孔位精度高，生產(chǎn)效率高，是較大規模板式家具常見(jiàn)的鉆孔設備。隨著(zhù)家具木工機械化、自動(dòng)化程度的提高，多排鉆的發(fā)展呈現出如下的趨勢：

 

（1）精度高：為適應家具產(chǎn)業(yè)機械化大批量生產(chǎn)的需求，零部件或產(chǎn)品的互換性要求越來(lái)越高，這就要求木工排鉆要提高加工精度；

 

（2）生產(chǎn)率高：目前木工排鉆每分鐘能夠加工20～30塊板材，速度非?？?；

 

（3）自動(dòng)化：汽動(dòng)、液壓、電子等各種新技術(shù)在多排鉆上得到了廣泛應用，機械化、自動(dòng)化程度不斷提高，不僅在一個(gè)工序位置上可以完成所有孔的。

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