實木家具:3種典型的機械配料 “工藝” 與 “設備” 生產率詳解!

導讀:
正確選擇配料方式和加工方法,盡量提高毛料出材率。根據實木家具產品類型和企業規模,國內實木板材的配料工段可分為人工半機械配料、機械自動配料和機械智能配料等3種典型方式。

在實木家具生產過程中,零部件的制作通常都是從配料開始的,經過配料將鋸材鋸切成一定規格尺寸的毛料。  

配料就是按照產品零部件的尺寸、規格和質量要求,將鋸材鋸制成各種規格和形狀的毛料的加工過程。因此,配料是實木家具生產的重要前道工段,直接影響產品質量、材料利用率、勞動生產率、產品成本和經濟效益等。  

在配料時,其關鍵就是要根據實木家具產品的質量要求合理選料,掌握對木材含水率的要求,合理確定加工余量;   正確選擇配料方式和加工方法,盡量提高毛料出材率。根據實木家具產品類型和企業規模,國內實木板材的配料工段可分為人工半機械配料、機械自動配料和機械智能配料等3種典型方式。

人工半機械配料

人工半機械配料是采用普通木工機械對實木鋸材進行先橫截后縱解、或先縱解后橫截、或先劃線后鋸截、或先粗刨后鋸截、或先粗刨—鋸截—膠 拼再鋸截等加工的配料方式。  

先橫截后縱解配料

先采用普通橫截鋸(見圖1)將實木鋸材按照零件的長度尺寸及質量要求橫截成短板,同時截去不符合技術要求的缺陷部分如開裂、腐朽、死節等,再用單鋸片(見圖2a)或多鋸片縱解圓鋸(見圖2b的多片縱解圓鋸,圖2c的下軸多片縱解圓鋸,圖2d的上下雙軸多片縱解圓鋸)、 或小帶鋸(見圖3)將短板縱解成毛料。  

這種工藝的優點是由于先將長材截成短板,便于車間內運輸;可以長短毛料搭配鋸截,充分利用原料長度,做到長材不短用。

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圖1 實木鋸材配料用橫截鋸

先縱解后橫截配料

先采用單鋸片或多 鋸片縱解圓鋸(見圖2)將實木鋸材按照零件的寬度 或厚度尺寸縱向鋸解成板條,再根據零件的長度尺寸采用普通橫截鋸(見圖1)將其截成毛料,同時截去缺陷部分。  

這種工藝適用于配制同一寬度或同一厚度的規格毛料。

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圖2 實木鋸材配料用縱解圓鋸

先劃線后鋸截配料

根據零件的規格、形狀和質量要求,先在板面上按套裁法劃線,然后按線再鋸截為毛料。采用套裁劃線下鋸可以用相同數量的板材生產出最大數量的毛料。  

生產實踐證明,該種方法可以使木材出材率提高9%,尤其對于曲線形零件,預先劃線,然后采用小帶鋸或細木工帶鋸(見圖3)鋸截配料,既可保證毛料質量,又可提高出材率和生產率。劃線配料在操作上有平行劃 線法和交叉劃線法兩種。

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圖3 配料用縱解細木工帶鋸(小帶鋸)

先粗刨后鋸截配料

先將板材經單面或雙面壓刨刨削加工,再進行橫截或縱解成毛料。由于板面先經粗刨,所以材面上的缺陷、紋理及材色等能較清晰地顯露出來,操作者可以準確地看材下鋸,按缺陷分布情況、紋理形狀和材色程度等合理選材和配料,并及時剔除不適用的部分。  

先粗刨—鋸截—膠拼再鋸截

將板材經刨削、鋸截和剔除缺陷后,利用指接和平拼,分別在長度、寬度和厚度方向進行接長、拼寬、膠厚制成拼板或集成材(膠合木),然后再鋸截成毛料。  

這種工藝能充分利用材料,有效地提高了毛料出材率和保證零件的質量。

機械自動配料

機械自動配料是一種用于工業生產的自動化 配料方法,在家具生產中主要使用以下兩種方式。    

優選橫截鋸配料

按照零件的寬度或厚度尺寸要求,先將實木鋸材在具有機械進料的單鋸片或多鋸片縱解圓鋸機上進行縱向鋸解加工成板條,然后再通過機械或自動進料的優選橫截鋸自動檢測板條長度、缺陷位置和等級等信息,并進行優選定長、截去缺陷等橫截加工。  

這種工藝是將機械進料的縱解圓鋸機、機械或自動進料的優選橫截鋸(見圖4)連成生產線,并通過輥筒或皮帶運輸鏈和人工的部分參與協作(如通過人工劃線方式 標注木材表面缺陷位置及等級區域),適用于配制同一寬度或同一厚度規格的大批量毛料,生產效率高。

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圖4 實木鋸材配料用自動優選鋸

數控曲線帶鋸配料

數控曲線帶鋸配料:主要是代替傳統人工配料時用的小帶鋸或細木工帶鋸(見圖3),針對曲線形零件進行數控機械自動配料,不用預先劃線, 而是根據計算機設計的下鋸圖控制進料工作臺(小型跑車)實現X和Y兩個水平方向的移動,對板材進行數控曲線鋸解加工,以配制曲線形規格要求的毛料(見圖5),可明顯提高板材利用率和生產效率,同時也能保證所配制毛料的質量。

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圖5 實木鋸材配料用數控曲線帶鋸

機械智能配料

隨著工業4.0和智能制造在家具制造業中的推廣應用,在現代實木家具、實木櫥柜、實木門窗等產品生產制造過程中,隨著實木零部件造型多樣化和大規模定制方式的嘗試,機械配料也開始由自動化向智能化的方向發展。  

尤其是智能優選設備和在線無損檢測技術的不斷發展,已經可以形成由自動掃描儀、優選鋸、自動指接機、四面刨、自動高頻拼板機等設備組成的機械智能與優選配料的生產線。  

以某國外實木機械生產商的木材優選備料技術為例,其典型的配料工藝與設備 主要包括以下幾部分:  

板材掃描

采用全自動掃描儀(見圖6)對原材料板材進行掃描,又稱縱解掃描。  

先通過全自動掃描儀對板材進行掃描檢測,檢測整塊板材尺寸信息并掃描板材表面缺陷(如節疤、開裂、夾皮等) 位置,然后掃描儀根據工廠需要加工的零部件長度、寬度尺寸及等級要求,對每塊板材制定最佳的鋸解方案,以便實現最大價值化的多片鋸解。

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圖6 全自動掃描儀

先橫截后縱解配料

采用具有移動鋸片技術的優選多片鋸(見圖7)對板材進行定寬剖分或鋸解成板條??梢愿鶕牧习宀牡膶挾瘸叽缂暗燃?,同時結合需要加工的板條寬度尺寸及等級,對每塊板材進行寬度方向優選鋸解。  

該設備可與上述縱解掃描儀連線實現高自動化的優選縱解。位于上游的縱解掃描儀將每塊板材的最佳鋸解方案傳送給優選多片鋸,優選多片鋸前端定位裝置對板材進行自動定位送料,同時移動鋸片根據掃描儀指令移動到相應位置進行鋸切,實現對每塊板材高速、高效、高價值的鋸解。

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圖7 具有移動鋸片技術的優選多片鋸

板條掃描

采用全自動掃描儀對定寬后的板條進行四面掃描,又稱橫截掃描。經過多片鋸鋸解后的定寬板條,通過傳送裝置自動傳送至橫截掃描儀工位,全自動掃描儀對定寬板條四個面進行掃描檢測,檢測每根板條尺寸信息并掃描板條表面缺陷(如節疤、開裂、夾皮等)位置,然后掃描儀結合工廠需要加工的部件長度尺寸及等級要求, 對每塊板條進行優化計算和制定最佳的橫截方案, 實現最大價值化的橫截加工。  

定長橫截

采用優選橫截鋸(見圖8)對板條進行優選、定長橫截和切除缺陷。優選橫截鋸可與上游橫截掃描儀連線實現高自動化橫截鋸切生產線。  

位于上游的橫截掃描儀自動檢測每根板條的長度、缺陷位置和等級等信息,并將對每根板條進行優化制定的最佳鋸截方案傳送給優選橫截鋸;  

同時通過傳送裝置將相應板條傳送的鋸切工位,優選橫截鋸根據掃描儀指令自動對板條進行定位鋸截和分選,實現對每根板條最大價值化的橫截加工。 

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圖8 優選橫截鋸

指榫接長

采用全自動指接機(見圖9)對撗截后的板條進行指形榫加工和接長加工。通過指形榫銑齒機、指形涂膠機、接長機等能夠進行自動銑齒、自動指榫涂膠、自動接長和自動定長截斷,可以極大地提高材料的利用率和指接的生產效率。

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圖9 全自動指接機

板材刨光

采用雙面刨(平壓刨)或四面刨 (見圖10)等自動進料刨削設備,對實木鋸材、或對指榫接長后的板條進行表面粗刨加工,以合理獲得高質量的毛料。

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圖10 雙面刨(平壓刨)或四面刨

拼板膠合

采用全自動高頻拼板機(見圖11)對指榫接長和定長截斷后的板條進行寬度上的膠拼。先通過拼板機的涂膠裝置對板條膠合面進行自動噴膠,然后自動組坯、自動送入拼板機內夾緊加壓和高頻加熱膠拼。  

高精度自動噴膠裝置,在板材涂膠面噴成一條條膠線,膠量可控,比傳統涂膠方式節省涂膠量,并可減少溢膠量;   同時,合理的夾緊加壓方式,能最大程度地減小拼板厚度差,減小所需砂光量,提高加工質量和出材率。 

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圖11 全自動高頻拼板機

通過以上主要設備可以組合連成不同的實木配料工藝生產線,圖12所示分別為由1臺自動四面刨、1臺全自動掃描儀、2臺或3臺優選橫截鋸以及相關輔助設備組合的自動優選備料生產線。

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圖12 典型自動/智能配料方案一

圖13所示為由1臺全自動掃描儀、2臺優選橫截鋸、1組全自動指接機、1臺自動四面刨以及相關輔助設備組合的自動優選備料生產線。 

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圖13 典型自動/智能配料方案二

圖14所示為由1臺全自動掃描儀、1臺優選橫截鋸、1組全自動指接機以及相關輔助設備組合的自動優選備料生產線。

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圖14 典型自動/智能配料方案三

結語

目前,我國在實木家具生產中,配料方式是多種多樣的,其中主要有人工半機械配料、機械自動配料和機械智能配料等3種典型方式,也有單一配料和綜合配料兩種方法。  

但總的來說,配料的目的就是要提高材料利用率和勞動生產率,降低原料浪費和產品成本,保證產品質量和經濟效益。   因此, 在大力推進工業4.0與“兩化”融合的新形勢下,為推動和實施實木家具的智能制造,作為實木家具生產的重要前道工段,其配料采用機械自動化和智能化的工藝與裝備,對實木家具傳統制造業的技術提升和轉型升級具有十分重要的現實意義。

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